一种以乙内酰脲衍生物为配位剂电沉积制备铂催化剂的方法技术

一种以乙内酰脲衍生物为配位剂电沉积制备铂催化剂的方法，它涉及一种制备铂催化剂的方法。本发明专利技术的目的是要解决现有方法制备的铂催化剂粒径较大，大粒径的铂催化剂的利用率低，催化性能低和催化成本高的问题。方法：一、制备黄色透明溶液；二、涂覆，得到表面涂覆碳材料的玻碳电极；三、电沉积，在工作电极表面得到铂催化剂。本发明专利技术在工作电极表面得到铂催化剂的平均粒径为3nm左右，铂催化剂的粒径越小，表面积越大，暴露的活性位点也更多，从而铂催化剂的催化性能得以提高，进而催化时降低了成本，意义深远。本发明专利技术可获得一种铂催化剂。

A method for the preparation of platinum catalyst by electrodeposition of hydantoin as a coordination agent

A method for preparing platinum catalyst by electrodeposition of a thiourea derivative as a coordination agent, which relates to a method for preparing a platinum catalyst. The aim of the invention is to solve the problem of large particle size of platinum catalyst prepared by the existing method, low utilization rate of platinum catalyst with large particle size, low catalytic performance and high catalytic cost. Methods: first, prepare yellow transparent solution; two, coating, get glassy carbon electrode coated with carbon material; three, electrodeposition, get platinum catalyst on the surface of working electrode. The present invention at the working electrode surface average grain size is about 3nm platinum catalyst, platinum catalyst particle size, the larger surface area, more active sites exposed, thus the catalytic properties of platinum catalysts can be improved, and the catalytic reduced cost and far-reaching significance. A platinum catalyst can be obtained by the invention.

【技术实现步骤摘要】
一种以乙内酰脲衍生物为配位剂电沉积制备铂催化剂的方法
本专利技术涉及一种制备铂催化剂的方法。
技术介绍
近些年来，铂催化剂已经发展成为商业上应用最有潜力的催化剂，其应用也十分广泛：如氧还原反应，醇类和酸类的氧化反应，氧析出反应，氢氧化反应甚至一些石油化工中的有机反应等等。但由于铂为贵金属，且资源稀缺，成本相对较高，如何制备高性能的铂催化剂，提高其利用率，降低成本成为铂催化剂制备领域最为关注的问题。其中，电沉积法由于具有绿色环保、简单方便等特点常用于铂催化剂的制备。目前，电沉积法制备铂催化剂一般采用简单盐体系，镀液主要由氯铂酸或氯铂酸钾、硫酸组成。而简单盐体系制备的铂催化剂往往粒径较大，粒径大约为50nm以上，其利用率大大降低，难以发挥高效的催化性能，并且提高了成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有方法制备的铂催化剂粒径较大，大粒径的铂催化剂的利用率低，催化性能低和催化成本高的问题，而提供一种以乙内酰脲衍生物为配位剂电沉积制备铂催化剂的方法。一种以乙内酰脲及其衍生物为配位剂电沉积制备铂催化剂的方法，具体是按以下步骤完成的：一、将乙内酰脲衍生物和添加剂加入到2mmol/L～4mmol/L的氯铂酸或2mmol/L～4mmol/L的氯铂酸钾溶液中，混合均匀，得到电镀液；使用浓度为1.5g/L～5g/L的碳酸钾溶液将电镀液的pH值调节至9.5～10，得到黄色透明溶液；步骤一中所述的电镀液中乙内酰脲衍生物与氯铂酸的摩尔比为(1～6):1或乙内酰脲衍生物与氯铂酸钾的摩尔比为(1～6):1；步骤一中所述的添加剂为椰油酸二乙醇酰胺、蒽醌-2-磺酸钠、1-萘乙酰胺、1,2-二甲基咪唑、呋喃西林、丙烯基脲、山梨酸钾和甲脒亚磺酸中的一种或几种的混合物；步骤一中所述的电镀液中添加剂的浓度为1g/L～8g/L；二、涂覆：①、将碳材料溶解到溶剂中，得到浆料；步骤二①中所述的碳材料的质量与溶剂的体积比为(4mg～6mg):1mL；步骤二①中所述的碳材料为碳纳米管、VulcanXC-72、石墨烯和科琴黑中的一种或其中几种的混合物；步骤二①中所述的溶剂为异丙醇、水和5％Nafion溶液的混合液，溶剂中异丙醇、水与5％Nafion溶液的体积比为14:10:1；②、将6μL浆料均匀滴涂到直径为5mm的玻碳电极表面，再自然晾干，再在玻碳电极表面均匀滴涂6μL浆料，静置晾干，得到表面涂覆碳材料的玻碳电极；三、电沉积：以饱和甘汞电极为参比电极，铂片为对电极，表面涂覆碳材料的玻碳电极为工作电极，以步骤一得到的黄色透明溶液为电沉积液，在室温和沉积电势为-1V～-0.5V下沉积10s～300s，在工作电极表面得到铂催化剂。本专利技术的原理及优点：一、本专利技术电沉积液中含有乙内酰脲衍生物，乙内酰脲衍生物为配位剂，在金属电沉积过程中，配位剂的加入能够使得溶液中的金属离子与配位剂形成更加稳定的配离子，增大溶液的阴极极化电势，使晶核成核速率大于其生长速率，进而细化了晶粒，有效地减小了催化剂的粒径；二、本专利技术在工作电极表面得到铂催化剂的平均粒径为3nm左右，铂催化剂的粒径越小，表面积越大，暴露的活性位点也更多，从而铂催化剂的催化性能得以提高，进而催化时降低了成本，意义深远。本专利技术可获得一种铂催化剂。附图说明图1为电镀液的阴极极化曲线，图1中1为实施例一步骤一中得到的黄色透明溶液的阴极极化曲线，2为对比实施例一步骤一中得到的黄色透明溶液的阴极极化曲线，3为3mmol/L的氯铂酸的阴极极化曲线；图2为对比实施例二制备的铂催化剂的SEM图；图3为实施例二制备的铂催化剂的SEM图；图4为实施例三制备的铂催化剂的TEM图；图5为实施例三制备的铂催化剂的粒径分布统计图；图6为铂催化剂在氧气饱和的0.1mol/LHClO4溶液中的氧还原性能的线性扫描曲线，图6中1为实施例四制备的铂催化剂在氧气饱和的0.1mol/LHClO4溶液中的氧还原性能的线性扫描曲线，2为对比实施例二制备的铂催化剂在氧气饱和的0.1mol/LHClO4溶液中的氧还原性能的线性扫描曲线。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式是一种以乙内酰脲及其衍生物为配位剂电沉积制备铂催化剂的方法，具体是按以下步骤完成的：一、将乙内酰脲衍生物和添加剂加入到2mmol/L～4mmol/L的氯铂酸或2mmol/L～4mmol/L的氯铂酸钾溶液中，混合均匀，得到电镀液；使用浓度为1.5g/L～5g/L的碳酸钾溶液将电镀液的pH值调节至9.5～10，得到黄色透明溶液；步骤一中所述的电镀液中乙内酰脲衍生物与氯铂酸的摩尔比为(1～6):1或乙内酰脲衍生物与氯铂酸钾的摩尔比为(1～6):1；步骤一中所述的添加剂为椰油酸二乙醇酰胺、蒽醌-2-磺酸钠、1-萘乙酰胺、1,2-二甲基咪唑、呋喃西林、丙烯基脲、山梨酸钾和甲脒亚磺酸中的一种或几种的混合物；步骤一中所述的电镀液中添加剂的浓度为1g/L～8g/L；二、涂覆：①、将碳材料溶解到溶剂中，得到浆料；步骤二①中所述的碳材料的质量与溶剂的体积比为(4mg～6mg):1mL；步骤二①中所述的碳材料为碳纳米管、VulcanXC-72、石墨烯和科琴黑中的一种或其中几种的混合物；步骤二①中所述的溶剂为异丙醇、水和5％Nafion溶液的混合液，溶剂中异丙醇、水与5％Nafion溶液的体积比为14:10:1；②、将6μL浆料均匀滴涂到直径为5mm的玻碳电极表面，再自然晾干，再在玻碳电极表面均匀滴涂6μL浆料，静置晾干，得到表面涂覆碳材料的玻碳电极；三、电沉积：以饱和甘汞电极为参比电极，铂片为对电极，表面涂覆碳材料的玻碳电极为工作电极，以步骤一得到的黄色透明溶液为电沉积液，在室温和沉积电势为-1V～-0.5V下沉积10s～300s，在工作电极表面得到铂催化剂。本实施方式的原理及优点：一、本实施方式电沉积液中含有乙内酰脲衍生物，乙内酰脲衍生物为配位剂，在金属电沉积过程中，配位剂的加入能够使得溶液中的金属离子与配位剂形成更加稳定的配离子，增大溶液的阴极极化电势，使晶核成核速率大于其生长速率，进而细化了晶粒，有效地减小了催化剂的粒径；二、本实施方式在工作电极表面得到铂催化剂的平均粒径为3nm左右，铂催化剂的粒径越小，表面积越大，暴露的活性位点也更多，从而铂催化剂的催化性能得以提高，进而催化时降低了成本，意义深远。本实施方式可获得一种铂催化剂。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中所述的乙内酰脲衍生物为5,5-二甲基乙内酰脲、1,3-二溴-5,5-二甲基乙内酰脲、1,3-二羟甲基-5,5-二甲基乙内酰脲和5,5-二苯基乙内酰脲中的一种或其中几种的混合物。其它步骤与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一中将乙内酰脲衍生物和添加剂加入到2mmol/L～3mmol/L的氯铂酸或2mmol/L～3mmol/L的氯铂酸钾溶液中，混合均匀，得到电镀液；使用浓度为3g/L～5g/L的碳酸钾溶液将电镀液的pH值调节至9.5～10，得到黄色透明溶液。其它步骤与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤一中所述的电镀液中乙内酰脲衍生物与氯铂酸的摩尔比为(1～4):1或乙内酰脲衍生物与氯铂酸钾的摩尔比为(1～4):本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以乙内酰脲衍生物为配位剂电沉积制备铂催化剂的方法，其特征在于一种以乙内酰脲及其衍生物为配位剂电沉积制备铂催化剂的方法具体是按以下步骤完成的：一、将乙内酰脲衍生物和添加剂加入到2mmol/L～4mmol/L的氯铂酸或2mmol/L～4mmol/L的氯铂酸钾溶液中，混合均匀，得到电镀液；使用浓度为1.5g/L～5g/L的碳酸钾溶液将电镀液的pH值调节至9.5～10，得到黄色透明溶液；步骤一中所述的电镀液中乙内酰脲衍生物与氯铂酸的摩尔比为(1～6):1或乙内酰脲衍生物与氯铂酸钾的摩尔比为(1～6):1；步骤一中所述的添加剂为椰油酸二乙醇酰胺、蒽醌‑2‑磺酸钠、1‑萘乙酰胺、1,2‑二甲基咪唑、呋喃西林、丙烯基脲、山梨酸钾和甲脒亚磺酸中的一种或几种的混合物；步骤一中所述的电镀液中添加剂的浓度为1g/L～8g/L；二、涂覆：①、将碳材料溶解到溶剂中，得到浆料；步骤二①中所述的碳材料的质量与溶剂的体积比为(4mg～6mg):1mL；步骤二①中所述的碳材料为碳纳米管、VulcanXC‑72、石墨烯和科琴黑中的一种或其中几种的混合物；步骤二①中所述的溶剂为异丙醇、水和5％Nafion溶液的混合液，溶剂中异丙醇、水与5％Nafion溶液的体积比为14:10:1；②、将6μL浆料均匀滴涂到直径为5mm的玻碳电极表面，再自然晾干，再在玻碳电极表面均匀滴涂6μL浆料，静置晾干，得到表面涂覆碳材料的玻碳电极；三、电沉积：以饱和甘汞电极为参比电极，铂片为对电极，表面涂覆碳材料的玻碳电极为工作电极，以步骤一得到的黄色透明溶液为电沉积液，在室温和沉积电势为‑1V～‑0.5V下沉积10s～300s，在工作电极表面得到铂催化剂。...

【技术特征摘要】
1.一种以乙内酰脲衍生物为配位剂电沉积制备铂催化剂的方法，其特征在于一种以乙内酰脲及其衍生物为配位剂电沉积制备铂催化剂的方法具体是按以下步骤完成的：一、将乙内酰脲衍生物和添加剂加入到2mmol/L～4mmol/L的氯铂酸或2mmol/L～4mmol/L的氯铂酸钾溶液中，混合均匀，得到电镀液；使用浓度为1.5g/L～5g/L的碳酸钾溶液将电镀液的pH值调节至9.5～10，得到黄色透明溶液；步骤一中所述的电镀液中乙内酰脲衍生物与氯铂酸的摩尔比为(1～6):1或乙内酰脲衍生物与氯铂酸钾的摩尔比为(1～6):1；步骤一中所述的添加剂为椰油酸二乙醇酰胺、蒽醌-2-磺酸钠、1-萘乙酰胺、1,2-二甲基咪唑、呋喃西林、丙烯基脲、山梨酸钾和甲脒亚磺酸中的一种或几种的混合物；步骤一中所述的电镀液中添加剂的浓度为1g/L～8g/L；二、涂覆：①、将碳材料溶解到溶剂中，得到浆料；步骤二①中所述的碳材料的质量与溶剂的体积比为(4mg～6mg):1mL；步骤二①中所述的碳材料为碳纳米管、VulcanXC-72、石墨烯和科琴黑中的一种或其中几种的混合物；步骤二①中所述的溶剂为异丙醇、水和5％Nafion溶液的混合液，溶剂中异丙醇、水与5％Nafion溶液的体积比为14:10:1；②、将6μL浆料均匀滴涂到直径为5mm的玻碳电极表面，再自然晾干，再在玻碳电极表面均匀滴涂6μL浆料，静置晾干，得到表面涂覆碳材料的玻碳电极；三、电沉积：以饱和甘汞电极为参比电极，铂片为对电极，表面涂覆碳材料的玻碳电极为工作电极，以步骤一得到的黄色透明溶液为电沉积液，在室温和沉积电势为-1V～-0.5V下沉积10s～300s，在工作电极表面得到铂催化剂。2.根据权利要求1所述的一种以乙内酰脲衍生物为配位剂电沉积制备铂催化剂的方法，其特征在于步骤一中所述的乙内酰脲衍生物为5,5-二甲基乙内酰脲、1,3-二溴-5,5-二甲基乙内酰脲、1,3-二羟甲基-5,5-二甲基乙内酰脲和5,5-二苯基乙内酰脲中的一种或其中几种的混合物。3.根据权利要求1所述的一种以乙内酰脲衍生物为配...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丽来，杨培霞，王丹，陆向宇，张锦秋，安茂忠，吴大青，王晶，
申请(专利权)人：黑龙江科技大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23