PtCoFe/WC‑C氧还原催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种PtCoFe/WC‑C纳米复合氧还原催化剂的制备方法，包括以下步骤：1）量取一定量的氯铂酸（H2PtCl6）溶液，并称取一定量的氯化钴（CoCl26H2O）、氯化铁(FeCl36H2O）和硼氢化钠（NaBH4），然后再加入过量的乙二醇（C2H6O2）溶液，混合均匀后转入反应釜中在200℃下反应12小时，制备PtCoFe混合溶液；2）将混合溶液进行超声操作；3）将混合溶液置入离心管离心操作；4）将离心产物置于烘箱干燥处理后得到PtCoFe合金粉末；5）将PtCoFe合金粉末与WC‑C粉末机械混合得到PtCoFe/WC‑C纳米复合氧还原催化剂。本发明专利技术制备的PtCoFe/WC‑C氧还原催化剂具有较好的电化学活性和稳定性，不但可以提高氧还原阴极反应的效率，而且可以大大地延长循环使用寿命。

The preparation method of the catalyst PtCoFe/WC C oxygen reduction

The invention discloses a preparation method of PtCoFe/WC nano C composite oxygen reduction catalyst, which comprises the following steps: 1) the amount of a certain amount of chloroplatinic acid (H2PtCl6) solution, and take a certain amount of cobalt chloride (CoCl26H2O), ferric chloride (FeCl36H2O) and sodium borohydride (NaBH4), and then adding an excess of ethylene glycol (C2H6O2) solution, mixed evenly into the reactor in 200 DEG C for 12 hours, the preparation of PtCoFe mixed solution; 2) the mixed solution of ultrasonic operation; 3) the mixed solution into the centrifuge tube centrifugal operation; 4) will produce centrifugal material on the oven drying after processing PtCoFe alloy powder; 5) PtCoFe alloy powder and C powder WC mechanical mixing PtCoFe/WC C nano composite catalyst for oxygen reduction. PtCoFe/WC C oxygen reduction catalyst prepared by the invention has good electrochemical activity and stability, not only can improve the efficiency of oxygen reduction cathode reaction, and can greatly prolong the service life cycle.

【技术实现步骤摘要】
PtCoFe/WC-C氧还原催化剂的制备方法
本专利技术涉及一种PtCoFe/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PtCoFe/WC-C复合催化剂的制备方法。
技术介绍
根据国内经济的发展状况以及我国的基本国情，煤炭在我国的能源结构中占主体地位的局面需要投入大量人力与物力慢慢调整，煤炭作为我国的主要燃料，其消费情况有一个很重要的特征——原煤直接燃烧，由此排放的硫氧化物、温室气体、氮氧化物及烟尘是生态环境恶化的元凶，百姓们已经密切关注经济高速发展下带来的黄色雾霾天气和酸雨现象。石油在开采了几十年以后的今天，开采技术不佳，继续开采困难重重，国内石油的消费需求持续快速增加，引起近20年来中国石油的进口量猛增，截止到2012年石油对外依存度已经高达58.8％左右，比起1993年翻了近10倍。由于我国能源价格低廉，形成粗放型经济，国内生态环境很难再继续承受这种经济发展模式，各国在应对气候变化的问题上压力越来越大，需要加速绿色转型发展的进程。因此，发展清洁能源技术对我国经济与生态的可持续发展建设尤为关键。燃料电池（fuelcells）是一种新型发电装置，拥有天然气、煤、石油等传统化石燃料能源不可企及的优势，可实现高效率地将燃料中的化学能转化为电能，且能量转化过程基本达到零排放，因此其成为21世纪的主要能源是人心所向。燃料电池动力系统是一种绿色能源技术，对解决地球村面临的全球变暖、传统化石油能源开发难度大和生态污染等至关重要，被视为21世纪最重要的能源动力之一，一直是国际上清洁能源领域的研发热点。因为阴极氧还原反应(oxygenreductionreaction，缩写为ORR)是燃料电池电催化反应的关键步骤，所以探索高效、廉价的阴极氧还原催化剂具有非常重要的意义。据研究表明过渡金属及其合金，不论价格还是性能都是制备电极材料的极佳选择，同属过渡金属的铂、钴、铁三种元素，其d轨道的电子排布特殊，可以使催化剂的电化学性能得到改善。大量实验表明，催化剂的载体对催化剂活性的影响不容忽视；研究发现，碳化钨具有高稳定性与低电阻率等优势，用碳化钨作载体的铂催化剂有很好的氧还原电催化性能。但碳化钨还没有被用作氧还原反应中PtCoFe三元合金催化剂的载体。因此，基于氧还原催化剂的基础研究，围绕PtCoFe/WC-C复合催化剂的电化学性能和物理表征等方面开展了初步的研究。
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PtCoFe/WC-C氧还原催化剂能够提高阴极反应效率，并且循环寿命长。本专利技术的PtCoFe/WC-C氧还原催化剂的制备方法，包括以下步骤：1）量取一定量的氯铂酸（H2PtCl6）溶液，并称取一定量的氯化钴（CoCl2•6H2O）、氯化铁(FeCl3•6H2O）和硼氢化钠（NaBH4），然后再加入过量的乙二醇（C2H6O2）溶液，混合均匀后转入反应釜中在200℃下反应12小时，制备PtCoFe混合溶液；2）将混合溶液进行超声操作；3）将混合溶液置入离心管离心操作；4）将离心产物置于烘箱干燥处理后得到PtCoFe合金粉末；5）将PtCoFe合金粉末与WC-C粉末机械混合得到PtCoFe/WC-C纳米复合氧还原催化剂。进一步，所述步骤1）中，铂源为氯铂酸，钴源为氯化钴，铁源为氯化铁，将它们与硼氢化钠粉末的混合溶液溶于乙二醇溶液中制备PtCoFe混合溶液；PtCoFe/WC-C粉末用溶剂热法与机械混合法制备，以乙二醇作还原剂的溶剂热法，产物物相的形成、粒径的大小、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%，超声时间为1小时。进一步，所述步骤3）中，离心速度为10000rpm，离心时间为3分钟。进一步，所述步骤4）中，加热温度为60℃，加热时间为5小时。本专利技术的有益效果在于：本专利技术利用溶剂热法混合氯铂酸溶液、氯化钴、氯化铁和硼氢化钠制备PtCoFe合金粉末，再利用机械混合法将WC-C粉末与PtCoFe合金粉末混合得到PtCoFe/WC-C纳米复合氧还原催化剂，并且利用了超声辅助的方法，有效提高了PtCoFe/WC-C的有序孔结构程度从而使其具有良好传输质子的独特物理性质，然后使用离心操作，去除杂质分子的同时提高PtCoFe/WC-C的结晶化程度，PtCoFe/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PtCoFe/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PtCoFe/WC-C的XRD图；图2为实施例1制备得到的PtCoFe/WC-C的SEM图；图3为实施例1制备得到的PtCoFe/WC-C的EDS图；图4为实施例1和比较例1两种催化剂在0.5MH2SO4电解液中的阴极极化曲线图；图5为实施例1和比较例1两种催化剂在0.5MH2SO4电解液中的Tafel曲线图；图6为实施例1在不同转速时的阴极极化曲线图；图7为比较例1在不同转速时的阴极极化曲线图；图8为实施例1在不同圈数的循环伏安扫描后的阴极极化曲线图；图9为比较例1在不同圈数的循环伏安扫描后的阴极极化曲线图。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PtCoFe/WC-C氧还原催化剂的制备方法，包括以下步骤：1）量取一定量的氯铂酸（H2PtCl6）溶液，并称取一定量的氯化钴（CoCl2•6H2O）、氯化铁(FeCl3•6H2O）和硼氢化钠（NaBH4），然后再加入过量的乙二醇（C2H6O2）溶液，混合均匀后转入反应釜中在200℃下反应12小时，制备PtCoFe混合溶液；2）将混合溶液进行超声操作；3）将混合溶液置入离心管离心操作；4）将离心产物置于烘箱干燥处理后得到PtCoFe合金粉末；5）将PtCoFe合金粉末与WC-C粉末机械混合得到PtCoFe/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PtCoFe/C催化剂，PtCoFe/C催化剂制备方法同实施例1。图1为实施例1制备得到的PtCoFe/WC-C复合催化材料的XRD图，如图1所示。因为图中具有尖锐的衍射峰，因此所制得的PtCoFe/WC-C复合催化材料为晶体结构。图中峰1是WC（001）晶面所对应的衍射峰。图中峰2是WC（100）晶面所对应的衍射峰。图中重叠峰3是Pt（111）晶面与PtCo（111）晶面所对应的重叠衍射峰。图中重叠峰4是Co（111）晶面与Fe（110）晶面所对应的重叠衍射峰。图中重叠峰5是WC（101）晶面与CoFe（332）晶面所对应的重叠衍射峰。因此由XRD图可知，制备的复合催化剂中Pt、Co、Fe、C及WC共存。图2为实施例1制备得到的PtCoFe/WC-C复合催化材料的SEM图，如图2所示。从图2（a）中可以看出所制备的PtCoFe/WC-C颗粒在载体上分布均匀，颗粒尺寸为纳米级，比表面积较大，有较多的活性中心，因此粒子具有较高的活性。局部地方的团簇现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PtCoFe/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）量取一定量的氯铂酸（H2PtCl6）溶液，并称取一定量的氯化钴（CoCl26H2O）、氯化铁(FeCl36H2O）和硼氢化钠（NaBH4），然后再加入过量的乙二醇（C2H6O2）溶液，混合均匀后转入反应釜中在200℃下反应12小时，制备PtCoFe混合溶液；2）将混合溶液进行超声操作；3）将混合溶液置入离心管离心操作；4）将离心产物置于烘箱干燥处理后得到PtCoFe合金粉末；5）将PtCoFe合金粉末与WC‑C粉末机械混合得到PtCoFe/WC‑C纳米复合氧还原催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种PtCoFe/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）量取一定量的氯铂酸（H2PtCl6）溶液，并称取一定量的氯化钴（CoCl26H2O）、氯化铁(FeCl36H2O）和硼氢化钠（NaBH4），然后再加入过量的乙二醇（C2H6O2）溶液，混合均匀后转入反应釜中在200℃下反应12小时，制备PtCoFe混合溶液；2）将混合溶液进行超声操作；3）将混合溶液置入离心管离心操作；4）将离心产物置于烘箱干燥处理后得到PtCoFe合金粉末；5）将PtCoFe合金粉末与WC-C粉末机械混合得到PtCoFe/WC-C纳米复合氧还原催化剂。2.根据权利要求1所述的PtCoFe/WC-C氧还原催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中，铂源为氯铂酸，钴源为氯化钴，铁源为氯化铁，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂明，雷丹，蒋春燕，田显辉，高张丹，孙慧，李文成，杨静芳，侯星宇，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50