本发明专利技术公开了一种铂/氢氧化镍‑氢氧化钴/石墨烯三维复合催化剂的制备方法及其在直接甲醇燃料电池中的应用。利用石墨烯的三维结构结合氢氧化镍‑氢氧化钴的网状结构构建含有多级孔道的三维结构载体，在一定程度上克服石墨烯的团聚问题，同时石墨烯超高的比表面积和优良的导电性能能够弥补氢氧化镍‑氢氧化钴导电性差的缺陷，从而促进了氧化还原过程中的电子传递及传质，提高催化剂颗粒的分散性和稳定性。利用氢氧化镍‑氢氧化钴对甲醇氧化的催化性能，进一步提高Pt催化剂对甲醇的催化活性，减少贵金属Pt的用量。方法步骤简单、操作方便、实用性强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料领域，特别涉及一种铂/氢氧化镍-氢氧化钴/石墨烯三维复合催化剂的制备及应用。
技术介绍
质子交换膜燃料电池由于其经济环保和较高的发电效率成为当前新型能源领域的研究重点。以甲醇作为质子交换膜燃料电池的质子能源所构建的直接甲醇燃料电池(DMFC)操作简便、电池结构简单并且能够在低温条件下快速启动。贵金属铂(Pt)是DMFC最常用的阳极催化剂，是酸性条件下对甲醇电氧化反应最有效的催化剂。但是Pt价格高昂、质量(面积)比活性低且易被甲醇氧化过程中的CO等中间产物引起中毒，这些缺点阻碍了DMFC的商业化进程。为了实现较为可观的催化活性，提高催化剂的催化效率，大量的研究着手于Pt基催化剂的宏观组成和对其形貌的改性，从而能够调制其微观尺度和能级密度，从根本上解决Pt催化剂所存在的缺陷。石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料，具有大比表面积、高导电性和良好稳定性等优点，因而常被用作催化剂的载体，能够提高Pt催化剂的分散性、减小催化剂颗粒的尺寸进而提高Pt的利用率。但石墨烯易团聚，这在一定程度上降低了它作为催化剂载体的稳定性。构建一种三维多孔结构的石墨烯，既能将二维石墨烯的优点引入到三维结构中，也能够克服二维石墨烯的团聚问题。但现有的载Pt三维石墨烯的电化学活性比表面积和离子扩散速率仍难满足军用、航天等高精尖行业的技术要求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种铂/氢氧化镍-氢氧化钴/石墨烯三维复合催化剂的制备方法及其在直接甲醇燃料电池中的应用。旨在利用石墨烯的三维结构结合氢氧化镍-氢氧化钴的网状结构构建含有多级孔道的三维结构载体，在一定程度上克服石墨烯的团聚问题，同时石墨烯超高的比表面积和优良的导电性能能够弥补氢氧化镍-氢氧化钴导电性差的缺陷，从而促进了氧化还原过程中的电子传递及传质，提高催化剂颗粒的分散性和稳定性。利用氢氧化镍-氢氧化钴对甲醇氧化的催化性能，进一步提高Pt催化剂对甲醇的催化活性，减少贵金属Pt的用量。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种铂/氢氧化镍-氢氧化钴/石墨烯三维复合结构，包括：三维石墨烯骨架；在所述三维石墨烯骨架上的氢氧化镍-氢氧化钴网状结构；在所述氢氧化镍-氢氧化钴网状结构上的铂金属层；其中，所述的氢氧化镍-氢氧化钴网状结构是由氢氧化镍和氢氧化钴纳米片层组成。多孔结构的氢氧化镍具有大的比表面积，这有助于促进界面的电化学反应和活性材料的有效利用。但是氢氧化镍的导电性较差，不利于电子传递。在氢氧化镍中加入导电性更高的氢氧化钴，提高其导电性和电化学活性。同时，氢氧化镍-氢氧化钴复合物对于甲醇的氧化反应具有催化作用，通过共沉积法在三维石墨烯表面制备氢氧化镍-氢氧化钴可以得到由均匀的纳米片层组成的网状结构，这种结构使其具有大的电化学活性比表面积，更有利于电荷传递和离子的扩散。石墨烯作为DMFC阳极催化剂的载体材料也能够与Pt产生协同效应，提高催化剂对甲醇的催化效率，促进反应进程。优选的，所述氢氧化镍-氢氧化钴层中镍元素与钴元素的摩尔比为0.0001～1：0.0001～1。更优选的，所述氢氧化镍-氢氧化钴层中镍元素与钴元素的摩尔比为0.9～1：0.0001～0.1。本专利技术还提供了一种铂/氢氧化镍-氢氧化钴/石墨烯三维复合材料电极，包括：沉积在电极上的三维石墨烯骨架；在所述三维石墨烯骨架上的氢氧化镍-氢氧化钴网状结构；在所述氢氧化镍-氢氧化钴网状结构上的铂金属层；其中，所述的氢氧化镍-氢氧化钴网状结构是由氢氧化镍和氢氧化钴纳米片层组成。优选的，所选电极材料为导电玻璃。优选的，所述氢氧化镍-氢氧化钴层中镍元素与钴元素的摩尔比为0.0001～1：0.0001～1。更优选的，所述氢氧化镍-氢氧化钴层中镍元素与钴元素的摩尔比为0.9～1：0.0001～0.1。本专利技术还提供了一种铂/氢氧化镍-氢氧化钴/石墨烯三维复合催化剂的制备方法，包括：采用电沉积法在三维石墨烯表面沉积氢氧化镍-氢氧化钴纳米片形成网络结构，得到氢氧化镍-氢氧化钴/石墨烯复合物；将铂还原到氢氧化镍-氢氧化钴/石墨烯复合物表面，得到铂/氢氧化镍-氢氧化钴/石墨烯三维复合催化剂。优选的，所述氢氧化镍-氢氧化钴纳米片由氢氧化镍和氢氧化钴复合而成，其中，镍元素与钴元素的摩尔比为0.0001～1：0.0001～1。更优选的，所述氢氧化镍-氢氧化钴层中镍元素与钴元素的摩尔比为0.9～1：0.0001～0.1。优选的，所述电沉积法的条件为：在-1.5V～-0.2V的范围内循环伏安扫描10～20圈，扫速为30-150mV·s-1；更优选的，所述采用电沉积法在三维石墨烯表面沉积氢氧化镍-氢氧化钴纳米片的具体步骤为：配制硝酸钠、硝酸钴和硝酸镍的混合溶液，将负载有三维石墨烯的工作电极浸入到上述混合溶液中，在-1.5V～-0.2V的范围内循环伏安扫描，扫速为30-150mV·s-1，扫描10～50圈，透析除去残留的混合溶液，干燥，得到氢氧化镍-氢氧化钴/石墨烯复合物。优选的，所述铂的还原条件为：取氢氧化镍-氢氧化钴/石墨烯悬浮液和氯铂酸溶液，混合，加入氢氧化钠调节混合液pH至9～11，加硼氢化钠，室温下搅拌12～48小时，洗涤，干燥，即得。优选的，所述三维石墨烯采用如下方法制备：将参比电极、对电极和工作电极三电极体系连接在电化学工作站上，浸入氧化石墨烯和高氯酸锂的混合溶液中，在-1.5V～0.6V的范围内进行循环伏安扫描，扫速为25mV·s-1，扫描3～10圈，除掉残留的氧化石墨烯和高氯酸锂，即得三维石墨烯。更优选的，所述除掉残留的氧化石墨烯和高氯酸锂的方法为：用去离子水冲洗三维石墨烯，然后在去离子水中浸泡除掉电极表面吸附的氧化石墨烯。然后将负载有三维石墨烯的导电玻璃浸入到1mol·L-1的高氯酸锂溶液中，在-1.5V～0.6V的范围内循环伏安扫描(扫速为20-50mV·s-1)，扫描10～20圈，然后将电极浸入到去离子水中透析掉高氯酸锂。具体流程如下：首先在导电玻璃上电化学沉积制备得到三维石墨烯，然后在三维石墨烯上通过电沉积法制备氢氧化镍-氢氧化钴得到氢氧化镍-氢氧化钴/石墨烯复合物，再将氢氧化镍-氢氧化钴/石墨烯复合物分散于水和甲醇的混合溶液中，搅拌的条件下加入氯铂酸溶液，滴加氢氧化钠调节pH，然后超声混合均匀，再加入硼氢化钠，室温下搅拌反应一定时间，将铂纳米颗粒还原到氢氧化镍-氢氧化钴/石墨烯复合物上得到铂/氢氧化镍-氢氧化钴/石墨烯三维复合催化剂。电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铂/氢氧化镍‑氢氧化钴/石墨烯三维复合结构，其特征在于，包括：三维石墨烯骨架；在所述三维石墨烯骨架上的氢氧化镍‑氢氧化钴网状结构；在所述氢氧化镍‑氢氧化钴网状结构上的铂金属层；其中，所述的氢氧化镍‑氢氧化钴网状结构是由氢氧化镍和氢氧化钴纳米片层组成。
【技术特征摘要】
1.一种铂/氢氧化镍-氢氧化钴/石墨烯三维复合结构，其特征在于，包括：
三维石墨烯骨架；
在所述三维石墨烯骨架上的氢氧化镍-氢氧化钴网状结构；
在所述氢氧化镍-氢氧化钴网状结构上的铂金属层；
其中，所述的氢氧化镍-氢氧化钴网状结构是由氢氧化镍和氢氧化钴纳米片层组成。
2.如权利要求1所述的复合结构，其特征在于，所述氢氧化镍-氢氧化钴层中镍元素与钴
元素的摩尔比为0.0001～1：0.0001～1；
优选的，所述氢氧化镍-氢氧化钴层中镍元素与钴元素的摩尔比为0.9～1：0.0001～0.1。
3.一种铂/氢氧化镍-氢氧化钴/石墨烯三维复合材料电极，其特征在于，包括：
三维石墨烯骨架；
在所述三维石墨烯骨架上的氢氧化镍-氢氧化钴网状结构；
在所述氢氧化镍-氢氧化钴网状结构上的铂金属层；
其中，所述的氢氧化镍-氢氧化钴网状结构是由氢氧化镍和氢氧化钴纳米片层组成。
4.如权利要求3所述的电极，其特征在于，所述氢氧化镍-氢氧化钴层为网状结构。
5.如权利要求3所述的电极，其特征在于，所述氢氧化镍-氢氧化钴层中镍元素与钴元素
的摩尔比为0.0001～1：0.0001～1；
优选的，所述氢氧化镍-氢氧化钴层中镍元素与钴元素的摩尔比为0.9～1：0.0001～0.1。
6.一种铂/氢氧化镍-氢氧化钴/石墨烯三维复合催化...
【专利技术属性】
技术研发人员：张菲菲，王宗花，修瑞萍，龚世达，鹿林，夏建飞，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。