一种立方结构的氮掺杂铂镍双金属乙醇氧化催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种立方结构的氮掺杂铂镍双金属乙醇氧化催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：将葡萄糖，尿素，硝酸镍和氯铂酸溶液混合于烧杯中，配制成水溶液，烘干，然后氮气氛围下在高温管式炉中煅烧，所得样品研磨成无颗粒粉末状，从而获得氮掺杂的铂镍双金属催化剂。本发明专利技术制备的氮掺杂的铂镍双金属催化剂在氢氧化钾溶液中，对乙醇具有卓越的电催化氧化活性，良好的稳定性，且制备成本低廉，是一种用于直接乙醇燃料电池阳极的新型高性能催化剂。

Preparation of a cubic structure of nitrogen doped platinum nickel bimetallic alcohol oxidation catalyst

The invention discloses a method for preparing nitrogen doped platinum nickel in a cubic structure of double metal catalysts for the oxidation of ethanol, the method comprises the following steps: glucose, urea, nickel nitrate and chloroplatinic acid solution mixed in a beaker, compounding water solution, and then dried under nitrogen atmosphere at high temperature calcination furnace tube no, the sample grinding into powder particles, resulting in platinum nickel nitrogen doped double metal catalyst. The nitrogen doped platinum nickel bimetallic catalyst prepared in the invention has excellent electrocatalytic oxidation activity, good stability and low preparation cost for ethanol in potassium hydroxide solution, and is a new high-performance catalyst for direct ethanol fuel cell anode.

【技术实现步骤摘要】
一种立方结构的氮掺杂铂镍双金属乙醇氧化催化剂的制备方法
本专利技术属于燃料电池催化剂
，具体提供了一种立方结构的氮掺杂铂镍双金属乙醇氧化催化剂的制备方法。
技术介绍
目前，直接乙醇燃料电池的研究和应用中主要以贵金属材料作为阳极和阴极催化剂，然而由于铂催化剂存在稳定性不高，易中毒和价格昂贵等问题，严重阻碍了其商业化的发展，因此研究人员们将铂与非贵金属复合或者以掺杂的方式掺入极少量的铂，从而达到既能降低成本，又能提高催化剂催化活性的目的，这也使铂基催化剂的商业化应用成为可能。镍电极在乙醇电催化氧化中使用广泛，且在非贵金属催化剂中，Ni金属对乙醇氧化表现出很高的电催化活性，如Ni-Co合金、镍钠米线等，其中镍钠米线对乙醇电催化氧化表现出很好的性能。Xie等人采用电沉积的方法制备了镍和多壁碳纳米管复合催化剂，镍的平均粒径只有7.2nm，并且均匀的分布在多壁碳纳米管上。(JournalofMaterialsChemistryA，2013，1(6)：2104-2109)Tarasevich等人研究了RuNi/C催化剂，并且用氧化镍来修饰Ru，当Ru与Ni的最佳比例为70∶30时，表现出良好的电催化性能。当Ru与Ni组成发生变化时，乙醇在催化剂上的氧化性能也发生了变化。(Electrochemistrycommunications，2005，7(2)：141-146)由此可以证明，镍基催化剂对乙醇电催化氧化有很好的催化性能。催化剂的形貌尺寸对催化性能有很大的影响。例如，Jia等人通过一种简单有效的方法合成了Ni-Fe层状双氢氧化物(LDH)纳米片和分层Ni-FeLDH@MnO2球来电催化氧化乙醇。与Ni-FeLDH纳米片相比，LDH@MnO2微球显示出优异的催化活性和对乙醇电氧化的耐久性。(RSCAdvances，2015，5(101)：83314-83319)Tian等人通过差动脉冲电流电沉积方法成功地制造了高度有序的Ni-Cu合金纳米线阵列，并且阵列中的纳米线是均匀的，良好分离并且彼此平行。通过改变Ni-Cu合金中的Cu含量来控制乙醇电氧化的性能，并且Ni-Cu合金纳米线电极显示出比纯Ni更好的稳定性。(Nanotechnology，2008，19(21)：215711)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种立方结构的氮掺杂铂镍双金属乙醇氧化催化剂的制备方法，其特征包括以下步骤：将葡萄糖1.0～3.0g，尿素0.2～1.0g，硝酸镍0.1～0.5g和氯铂酸溶液0.1～0.7mL混合配置成水溶液，然后在100～120℃干燥10～12h，随后放入持续通入氮气的高温管式炉中进行煅烧，升温速率为6～10℃/min，煅烧温度为700～1200℃，保温时间为1～6h，煅烧后所得样品研磨至无颗粒粉末状，即得氮掺杂的铂镍双金属催化剂。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种立方结构的氮掺杂铂镍双金属乙醇氧化催化剂的制备方法，本方法中使用葡萄糖为碳源，资源丰富，价格优廉，且葡萄糖碳化后可以提供高的比表面积和更多的活性位点；氮掺杂为催化剂提供了丰富的氮官能团和更多的催化位点，且减小了催化剂的颗粒尺寸；通过改变掺入的铂量可以有效的调控催化剂的结构为立方体状。这些结构特征可以有效的提高催化剂电催化氧化乙醇的性能，包括超高的电流密度，良好的循环稳定性和低的起始电位。附图说明图1是本专利技术实施例1所制备氮掺杂的铂镍双金属催化剂的HRTEM图；图2是本专利技术实施例1所制备氮掺杂的铂镍双金属催化剂的XRD图；图3是本专利技术实施例1所制备氮掺杂的铂镍双金属催化剂的循环伏安曲线图。具体实施方式下面列举实施例对本专利技术予以进一步说明，但本专利技术不限于下述实施例，在不脱离前后所述宗旨的范围下，变化实施都包含在本专利技术的技术范围内。实施例1具体步骤如下：(1)室温条件下，将2g葡萄糖，0.8g尿素，0.3g硝酸镍和0.5mL浓度为7.91mg/mL的氯铂酸溶液混合于烧杯中，加入50mL去离子水，然后放入烘箱中干燥12h；(2)室温条件下，将烘干的样品移至石墨槽内，然后放入真空管式炉中进行煅烧，升温速率为5℃/min，煅烧温度900℃，保温时长3h；(3)将煅烧后的样品研磨至无颗粒粉末状，即得氮掺杂的铂镍双金属催化剂。图1为制备的氮掺杂的铂镍双金属催化剂的HRTEM图，图中显示催化剂呈立方结构，且颗粒大小均一，分布均匀。图2为制备的氮掺杂的铂镍双金属催化剂XRD图，从图中可以看出铂和镍均成功的负载到催化剂中，且都呈金属单质状态。图3为制备的氮掺杂的铂镍双金属催化剂在0.1mol/mL的氢氧化钠+0.1mol/mL乙醇溶液中的循环伏安曲线图，从图中可以看出铂镍双金属催化剂的起始电位小，电流密度高，并且具有很好的循环稳定性。实施例2与实施例1相同，除将氯铂酸溶液的用量改为0.3mL。由此制备的催化剂结构形貌不规则，分散不均匀，且相对于实施例1，电流密度较低。实施例3与实施例1相同，除将氯铂酸溶液的用量改为0.1mL。由此制备的催化剂相对于实施例1，起始电位较高，颗粒尺寸增大。以上实施例的说明只是用于帮助理解本专利技术的方法和核心思想，在不脱离本专利技术的原理下进行的改进和修饰，均应包括在本专利技术的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立方结构的氮掺杂铂镍双金属乙醇氧化催化剂的制备方法，其特征在于：室温条件下，将葡萄糖，尿素，硝酸镍和氯铂酸溶液混合配置成水溶液，干燥，将干燥好的样品放入高温管式炉中进行煅烧，即可得铂镍双金属催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种立方结构的氮掺杂铂镍双金属乙醇氧化催化剂的制备方法，其特征在于：室温条件下，将葡萄糖，尿素，硝酸镍和氯铂酸溶液混合配置成水溶液，干燥，将干燥好的样品放入高温管式炉中进行煅烧，即可得铂镍双金属催化剂。2.如权利要求1所述的一种立方结构的氮掺杂铂镍双金属乙醇氧化催化剂的制备方法，其特征在于所述的葡萄糖，尿素，硝酸镍和氯铂酸溶液的用量分别为1.0～3.0g，0.2～1.0g，0.1～0.5g和0.1～0.7mL。3.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：余建国，戴堂明，李瑶，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12