一种黑磷烯包覆的氧化铈基催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种黑磷烯包覆的氧化铈基催化剂及其制备方法与应用，该催化剂中黑磷烯的质量分数为1‑50%，氧化铈的质量分数为50‑99%，两者质量分数之和为100%。本发明专利技术所得催化剂具有良好活性和稳定性，且其中不含金属，尤其不含贵金属，可有效降低燃料电池的生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种黑磷烯包覆的氧化铈基催化剂及其制备方法与应用
本专利技术属于催化剂制备
，具体涉及一种黑磷烯包覆的氧化铈基催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
氧化铈（CeO2）具有优异的氧存储/释放能力，广泛应用于燃料电池、三效催化、水煤气转换等领域。CeO2中的铈元素可以在四价的氧化态和三价的还原态之间转换(Ce4+↔Ce3+)，且保持结构稳定。当CeO2释放部分氧后，会形成氧空位，同时铈元素会被部分还原为Ce3+。氧空位的形成有助于CeO2晶体中粒子（如氧、电子或杂质离子等）的扩散，从而提高离子导电性或电导率。当氧化铈作为催化剂载体负载金属时，其表面高的氧空穴浓度还可增强与金属的相互作用，提高催化剂活性和稳定性。黑磷烯是一种二维半导体材料，其导带顶-价带底带宽可随着材料厚度的不同在0-2eV间调节。利用黑磷烯包覆氧化铈纳米颗粒，可有效调节氧化铈基催化剂的活性和稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种黑磷烯包覆的氧化铈基催化剂及其制备方法与应用，所得催化剂具有良好活性和稳定性，可用于制备燃料电池。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种黑磷烯包覆的氧化铈基催化剂，该催化剂中黑磷烯的质量分数为1-50%，氧化铈纳米颗粒的质量分数为50-99%，两者质量分数之和为100%。所述黑磷烯是以红磷为原料制得的二维层状结构材料，其层数为1-20层。所述氧化铈纳米颗粒的尺寸为1-100nm。所述黑磷烯包覆的氧化铈基催化剂的制备方法，是将红磷与氧化铈纳米颗粒混合并分散于煤油中，在保护性气氛下充分搅拌后过滤洗涤，然后将所得混合物在还原性气氛下加热一段时间，待其冷却后置于管式炉中，再在保护性气氛下分别于高温、低温环境中各保温处理一段时间，冷却即得所述黑磷烯包覆的氧化铈基催化剂。其中，所用红磷与氧化铈纳米颗粒的质量比为1:1~100；所用煤油与红磷的质量比为100~10:1；所述保护性气氛由氮气、氩气、氦气中的一种或几种组成；所述还原性气氛由氢气、一氧化碳中的一种或几种组成；所述加热的温度为100~200℃，加热时间为60~600min；所述高温的温度为400~800℃，低温的温度为200~400℃，保温处理时间均为60~600min。所述黑磷烯包覆的氧化铈基催化剂可作为燃料电池催化剂，用于燃料电池的制备。本专利技术的显著优点在于：本专利技术将黑磷烯包覆于氧化铈纳米颗粒表面，通过两者间存在的强的相互作用，使所得催化剂具有良好活性和耐久性，且本专利技术催化剂中不含金属，尤其不含贵金属，可在保证催化剂性能的前提下有效降低燃料电池的生产成本。附图说明图1为本专利技术黑磷烯包覆的氧化铈催化剂的结构示意图。图2为实施例1-4制备的黑磷烯包覆的氧化铈基催化剂的电化学氧还原反应性能曲线。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。所用氧化铈纳米颗粒的尺寸为1nm。实施例11）将1g红磷与1g氧化铈纳米颗粒混合，充分分散于10g煤油中，在氮气保护下充分搅拌，然后将所得悬浊液过滤后，将产物用大量去离子水洗涤；2）将步骤2）所得产物于氢气气氛下100℃加热60min，然后冷却；3）将步骤3）所得产物置于管式炉中，在氮气保护下于400℃保温处理60min，再降至200℃保温处理60min，得到黑磷烯包覆的氧化铈基催化剂，其中黑磷烯的层数为20层。实施例21）将1g红磷与100g氧化铈纳米颗粒混合，充分分散于100g煤油中，在氩气保护下充分搅拌，然后将所得悬浊液过滤后，将产物用大量去离子水洗涤；2）将步骤2）所得产物于一氧化碳还原性气氛下200℃加热600min，然后冷却；3）将步骤3）所得产物置于管式炉中，在氮气保护下于800℃保温处理600min，再降至400℃保温处理600min，得到黑磷烯包覆的氧化铈基催化剂，其中黑磷烯的层数为1层。实施例31）将1g红磷与50g氧化铈纳米颗粒混合，充分分散于50g煤油中，在氦气保护下充分搅拌，然后将所得悬浊液过滤后，将产物用大量去离子水洗涤；2）将步骤2）所得产物于体积比1:1的氢气/一氧化碳的还原性气氛下150℃加热330min，然后冷却；3）将步骤3）所得产物置于管式炉中，在氮气保护下于600℃保温处理300min，再降至300℃保温处理300min，得到黑磷烯包覆的氧化铈基催化剂，其中黑磷烯的层数为10层。实施例41）将10g红磷与100g氧化铈纳米颗粒混合，充分分散于500g煤油中，在氮气与氩气体积比为1:1的保护性气氛下充分搅拌，然后将所得悬浊液过滤后，将产物用大量去离子水洗涤；2）将步骤2）所得产物在氢气还原性气氛下150℃加热330min，然后冷却；3）将步骤3）所得产物置于管式炉中，在氮气保护下于700℃保温处理400min，再降至250℃保温处理100min，得到黑磷烯包覆的氧化铈基催化剂，其中黑磷烯的层数为5层。图1为本专利技术黑磷烯包覆的氧化铈催化剂的结构示意图。图2为实施例1-4制备的黑磷烯包覆的氧化铈基催化剂的电化学氧还原反应性能曲线。由图2可见，所得催化剂的氧还原起始电位和极限扩散电流均大于Pt/C催化剂，表明其具有良好活性。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例，凡依本专利技术申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利技术的涵盖范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种黑磷烯包覆的氧化铈基催化剂，其特征在于：所述催化剂中黑磷烯的质量分数为1‑50%，氧化铈纳米颗粒的质量分数为50‑99%，两者质量分数之和为100%。

【技术特征摘要】
1.一种黑磷烯包覆的氧化铈基催化剂，其特征在于：所述催化剂中黑磷烯的质量分数为1-50%，氧化铈纳米颗粒的质量分数为50-99%，两者质量分数之和为100%。2.根据权利要求1所述的黑磷烯包覆的氧化铈基催化剂，其特征在于：所述黑磷烯是以红磷为原料制得的二维层状结构材料，其层数为1-20层。3.根据权利要求1所述的黑磷烯包覆的氧化铈基催化剂，其特征在于：所述氧化铈纳米颗粒的尺寸为1-100nm。4.一种如权利要求1所述黑磷烯包覆的氧化铈基催化剂的制备方法，其特征在于：将红磷与氧化铈纳米颗粒混合并分散于煤油中，在保护性气氛下充分搅拌后过滤洗涤，然后将所得混合物在还原性气氛下加热一段时间，待其冷却后置于管式...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐峰，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35