本发明专利技术公开了一种PtVFe/WC/C纳米复合氧还原催化剂的制备方法，其中，PtVFe溶液是以前实验室制备所得，包括以下步骤：1）将140mg碳化钨和碳粉混合物加入200mL己烷中，超声2小时，然后加入60mg准备好的PtVFe溶液（铂源、钒源、铁源为乙酰丙酮铂、乙酰丙酮钒、五羰基铁）制备PtVFe/WC/C混合溶液；2）将混合溶液进行超声1小时，然后搅拌16小时；3）在氮气（N2）保护下搅拌4‑8小时，此悬浊液慢慢蒸发；4）将蒸发产物在N2保护下收集和干燥，得到PtVFe/WC/C粉末；5）将PtVFe/WC/C粉末在N2保护下热处理60min,温度为260℃；6）将热处理后PtVFe/WC/C粉末在15%H2+85%N2保护下煅烧120min,温度为400℃，得到PtVFe/WC/C纳米复合氧还原催化剂。本发明专利技术制备的PtVFe/WC/C氧还原催化剂具有较好的电化学活性和稳定性，不但可以提高阴极反应的效率，而且可以很好的延长其循环使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
PtVFe/WC/C纳米氧还原催化剂的制备方法
本专利技术涉及一种PtVFe/WC/C纳米复合催化剂的制备方法，特别涉及一种在氧还原反应中PtVFe/WC/C复合催化剂的制备方法。
技术介绍
用氢作为燃料的燃料电池例如质子交换膜燃料电池，在氢气利用方面是最有效的方式，因为它的高转换效率、低污染、轻便、高功率密度，同时作为能源在汽车、航天飞机、建筑和工业等方面有广泛的应用。催化剂是燃料电池最关键的组成部分之一，在制造燃料电池的成本中催化剂占了接近30%。在燃料电池中通过烧结和溶解，铂基催化的的稳定性有所下降。实现燃料电池在氧还原方面的应用最终商业化最关键挑战是活性、稳定性和低消耗。在低温下（<100℃），燃料电池在氧还原方面最持久的问题是催化剂阴极动力限制。最近，在阴极电催化剂的研究已经聚焦在二元铂基氧还原催化剂，像Pt-Fe,Pt-Ni,和Pt-Co，也有报道说铂合金增强了铂基电催化剂在氧还原方面的性能。这可能归因于铂与铂之间的键距、铂最邻近的电子数和铂表面氧化层的性质。金属碳化物，特别是碳化钨（WC）已经被定义作为燃料电池催化剂载体，由于它的高稳定性、低电阻率和强的与金属催化剂之间的协同作用，Chhina等也报道了在酸性环境下，WC比C作为载体时更加稳定。由于金属与载体的强相互作用，WC也可增强铂基催化剂的表面活性。沈的课题组已经报道了用WC修饰铂或者铂基催化剂，WC作为载体可以增强燃料电池在氧还原方面的活性，这可归因于金属颗粒与载体更均匀的分布而形成了协同效应。通过研究，我们也发现改变WC和C的比例，催化剂的活性和稳定性也有所改变。因此，基于氧还原电催化剂的基础研究，围绕PtVFe/WC/C电催化剂的物理表征和电化学性能进行研究。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种氧还原电催化剂的制备方法，制备的PtVFe/WC/C氧还原催化剂能够提高阴极反应效率，延长循环使用寿命。本专利技术的PtVFe/WC/C氧还原催化剂的制备方法，包括以下步骤：1）将140mg碳化钨和碳粉混合物加入200mL己烷中，超声2小时，然后加入60mg准备好的PtVFe溶液（铂源、钒源、铁源为乙酰丙酮铂、乙酰丙酮钒、五羰基铁）制备PtVFe/WC/C混合溶液；2）将混合溶液进行超声1小时，然后搅拌16小时；3）在氮气（N2）保护下搅拌4-8小时，此悬浊液慢慢蒸发；4）将蒸发产物在N2保护下收集和干燥，得到PtVFe/WC/C粉末；5）将PtVFe/WC/C粉末在N2保护下热处理60min,温度为260℃；6）将热处理后PtVFe/WC/C粉末在15%H2+85%N2保护下煅烧120min,温度为400℃，得到PtVFe/WC/C纳米复合氧还原催化剂。进一步，所述步骤1）中，PtVFe溶液（铂源、钒源、铁源为乙酰丙酮铂、乙酰丙酮钒、五羰基铁）的来源为实验室制备所得，己烷为溶剂，同时采用超声的方法，超声功率为80%，制备的悬浊液粒径大小、形态能够控制，产物的分散性也较好。进一步，所述步骤2）中，超声功率为80%，使用实验室小型磁力搅拌器搅拌。。进一步，所述步骤3）中，氮气氛围下搅拌可以排除空气中其它气体，避免氧化。进一步，所述步骤4）中，干燥温度为60℃，时间为5小时。进一步，所述步骤5）中，热处理可以移除催化剂中残留的有机外壳。进一步，所述步骤6）中，煅烧是制备三元合金的重要过程，可以通过煅烧获得更好的性能。本专利技术的有益效果在于：本专利技术利用热分解法和还原法合成PtVFe/WC/C纳米粒子。混合PtVFe、WC、C和己烷，通过超声、搅拌、干燥、热处理及煅烧制备得到PtVFe/WC/C纳米复合氧还原催化剂。利用超声和搅拌，可以有效提高PtVFe/WC/C的有序孔结构，从而使其具有良好传输质子的独特物理性质，同时其粒径大小、分散性及形貌也可以得到控制。通过在N2环境下热处理，可以避免氧化并且移除催化剂中的有机外壳。煅烧是制备合金材料的重要过程，可以提高材料的性能。PtVFe/WC/C是具有导电性的复合材料，因此将其作为氧还原催化剂，不但可以提高阴极反应的氧还原效率，而且可以大大地延长循环使用寿命；本专利技术制备的PtVFe/WC/C氧还原催化剂具有较高的催化活性和稳定性，以保证氧还原催化剂的反应效率、稳定性和长循环寿命，能够用于阴极氧还原反应中。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中：图1为实施例1制备得到的催化剂的XRD图；图2为实施例1制备得到的催化剂的TEM-HRTEM图；图3为实施例1、比较例1、比较例2制备得到的催化剂在0.5MH2SO4电解液中的CV图；图4为实施例1、比较例1、比较例2制备得到的催化剂在0.5MH2SO4电解液中的LSV图；图5为实施例1制备得到的催化剂在0.5MH2SO4电解液中的稳定性CV图；图6为实施例1制备得到的催化剂在0.5MH2SO4电解液中的稳定性LSV图。具体实施方式以下将参照附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。实施例1实施例1的PtVFe/WC/C氧还原催化剂的制备方法，包括以下步骤：1）将140mg碳化钨和碳粉混合物加入200mL己烷中，超声2小时，然后加入60mg准备好的PtVFe溶液(铂源、钒源、铁源为乙酰丙酮铂、乙酰丙酮钒、五羰基铁)制备PtVFe/WC/C混合溶液；2）将混合溶液进行超声1小时，然后搅拌16小时；3）在氮气（N2）保护下搅拌4-8小时，此悬浊液慢慢蒸发；4）将蒸发产物在N2保护下收集和干燥，得到PtVFe/WC/C粉末；5）将PtVFe/WC/C粉末在N2保护下热处理60min,温度为260℃；6）将热处理后PtVFe/WC/C粉末在15%H2+85%N2保护下煅烧120min,温度为400℃，得到PtVFe/WC/C纳米复合氧还原催化剂。比较例1比较例1的氧还原催化剂采用PtVFe/C催化剂，制备方法同实施例1。比较例2比较例2的氧还原催化剂采用PtVFe/WC催化剂，制备方法同实施例1。图1为实施例1制备得到的催化剂的XRD图，如图1所示。XRD图中，衍射峰的位置所表示的是PtVFe的(111),(200)和(220)晶面，表明该催化剂为面心立方晶体。PtVFe衍射峰的位置和单金属Pt、V、Fe的衍射峰峰位置有偏差，表明我们制备的材料属于合金。图2为实施例1制备得到的PtVFe/WC/C复合催化材料的TEM-HRTEM图，如图2所示。从图2中的TEM图可以看出所制备的PtVFe/WC/C晶体比较均匀，平均粒径小于50nm。从图中的HRTEM图可得，PtVFe/WC/C的晶格间距为2.47Å。这个三金属纳米颗粒不仅有高的结晶面，而且Pt、V、Fe均匀分布。分别将实施例1和比较例1、比较例2制备得到的PtVFe/WC/C、PtVFe/C、PtVFe/WC氧还原催化剂作为工作电极，铂丝作为对电极，可逆氢电极作为参比电极，浓度为0.5M的H2SO4溶液作为电解液，制备成三电极氧还原反应电化学测试组。图3为实施例1、比较例1、比较例2三种催化剂在N2饱和时的0.5MH2SO4电解液中旋转圆盘电极的转速为1600rpm时的CV图，如图3所示。从图中可以看出，三种催化剂在氢吸脱附区的特征是不同的。图4本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种PtVFe/WC/C纳米复合氧还原催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）将140 mg 碳化钨和碳粉混合物加入200 mL己烷中，超声2小时，然后加入60 mg准备好的PtVFe溶液 （铂源、钒源、铁源为乙酰丙酮铂、乙酰丙酮钒、五羰基铁）制备PtVFe/WC/C混合溶液；2）将混合溶液进行超声1小时，然后搅拌16小时；3）在氮气（N2）保护下搅拌4‑8小时，此悬浊液慢慢蒸发；4）将蒸发产物在N2保护下收集和干燥，得到PtVFe/WC/C粉末；5）将PtVFe/WC/C粉末在N2保护下热处理60 min, 温度为260℃；6）将热处理后PtVFe/WC/C粉末在15% H2 + 85% N2保护下煅烧120 min, 温度为400℃，得到PtVFe/WC/C纳米复合氧还原催化剂。
【技术特征摘要】
1.一种PtVFe/WC/C纳米复合氧还原催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）将140mg碳化钨和碳粉混合物加入200mL己烷中，超声2小时，然后加入60mg准备好的PtVFe溶液（铂源、钒源、铁源为乙酰丙酮铂、乙酰丙酮钒、五羰基铁）制备PtVFe/WC/C混合溶液；2）将混合溶液进行超声1小时，然后搅拌16小时；3）在氮气（N2）保护下搅拌4-8小时，此悬浊液慢慢蒸发；4）将蒸发产物在N2保护下收集和干燥，得到PtVFe/WC/C粉末；5）将PtVFe/WC/C粉末在N2保护下热处理60min,温度为260℃；6）将热处理后PtVFe/WC/C粉末在15%H2+85%N2保护下煅烧120min,温度为400℃，得到PtVFe/WC/C纳米复合氧还原催化剂。2.根据权利要求1所述的PtVFe/WC/C纳米复合氧还原催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中，PtVFe溶液的来源为实验室制备...
【专利技术属性】
技术研发人员：聂明，雷丹，高张丹，孙慧，李文成，杨静芳，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50
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