The invention relates to a preparation method of platinum cobalt iridium alloy structural catalyst supported on three-dimensional nitrided carrier for low temperature fuel cell. Specifically, carbon nanotubes are oxidized and pretreated, graphene oxide is reduced, nitrided and three-dimensional assembled with carbon nanotubes containing oxygen. Then two-dimensional TaC nanosheets are synthesized in situ on three-dimensional assembled carriers, and then metal nanoparticles are loaded. Then unstable cobalt elements in PtCoIr alloy nanoparticles are removed. Finally, heat treatment promotes P. Full alloying of tCoIr alloy nanoparticles. It was found that the catalytic activity and stability for oxygen reduction were good. The electrocatalysts prepared by this method have great application prospects in low temperature proton exchange membrane fuel cells.
【技术实现步骤摘要】
一种低温燃料电池用氮化三维载体担载铂钴铱合金结构催化剂的制备方法
本专利技术涉及一种低温燃料电池用氮化三维载体担载铂钴铱合金结构催化剂的制备方法。
技术介绍
低温质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将储存在燃料电池的化学能转化为电能的发电装置。低温燃料电池由于具有能量转化效率高和环境友好等优点，被认为是有可能取代内燃机、在汽车领域有着广泛应用前景的技术。然而，燃料电池的商业化也面临着许多重要的挑战，其中之一便是其阴极氧还原(ORR)催化剂Pt的高成本。Pt基催化剂作为目前最广泛使用的低温燃料电池ORR催化剂，其交换电流密度仅为10-10Acm-2。低的ORR活性意味着需要使用更多的ORR催化剂和更高的成本。据测算，燃料电池的电堆成本大概是整个燃料电池系统的成本的50％。而采用Pt作为电极催化剂，催化剂成本将占到电堆成本的38％-56％。我们知道，燃料电池电堆中的某些组件(如膜、双极板)可以通过市场的“规模效应”来最终降低其生产成本。但Pt作为一种不可再生的资源，价格对需求的变化反应十分灵敏。按照Pt利用率为0.2gPt/kW进行计算，如果全世界每年生产1亿辆功率...
【技术保护点】
1.一种低温燃料电池用氮化三维载体担载铂钴铱合金结构催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)碳纳米管的氧化预处理：将碳纳米管与浓硫酸/浓硝酸(体积比为3:1)溶液混合，超声分散均匀后，搅拌氧化处理，使碳纳米管表面增加含氧官能团(‑OH与‑COOH)浓度，便于进一步的组装及担载；反应完成后，冷却至室温、离心、洗涤、真空干燥，即可得到含氧官能团的含氧碳纳米管；(2)氧化石墨烯还原及其与含氧碳纳米管的氮化及三维组装：取步骤(1)得到的含氧碳纳米管、氧化石墨烯水溶液、去离子水及环六亚甲基四胺(C6H12N4)进行混合搅拌，初步完成氧化石墨烯与含氧碳纳米管的三维组装，同时，...
【技术特征摘要】
1.一种低温燃料电池用氮化三维载体担载铂钴铱合金结构催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)碳纳米管的氧化预处理：将碳纳米管与浓硫酸/浓硝酸(体积比为3:1)溶液混合，超声分散均匀后，搅拌氧化处理，使碳纳米管表面增加含氧官能团(-OH与-COOH)浓度，便于进一步的组装及担载；反应完成后，冷却至室温、离心、洗涤、真空干燥，即可得到含氧官能团的含氧碳纳米管；(2)氧化石墨烯还原及其与含氧碳纳米管的氮化及三维组装：取步骤(1)得到的含氧碳纳米管、氧化石墨烯水溶液、去离子水及环六亚甲基四胺(C6H12N4)进行混合搅拌，初步完成氧化石墨烯与含氧碳纳米管的三维组装，同时，使C6H12N4附着到氧化石墨烯及碳纳米管上；将上述混合液转移到水热釜中、密封，搅拌进行混合；水热过程，彻底完成氧化石墨烯与含氧碳纳米管的三维组装，氧化石墨烯被还原为石墨烯，C6H12N4分解释放的N修饰到石墨烯和碳纳米管上；将上述溶液冷却至室温、离心、洗涤、在去离子水中重新分散，即可得到氮修饰的石墨烯与含氧碳纳米管的三维组装载体的水溶液；(3)二维TaC纳米片层在三维组装载体上原位合成：取步骤(2)得到的氮修饰的石墨烯与含氧碳纳米管的三维组装载体的水溶液和K2TaF7超声分散均匀，将上述溶液进行搅拌蒸发至溶胶状，冷冻干燥，将上述混合物在Ar或N2气氛中热处理，即可得到二维TaC纳米片层与三维组装载体的复合材料；(4)完成金属纳米颗粒的担载：取(3)得到的二维TaC纳米片层与三维组装载体的复合材料、Pt前驱体、Co前驱体、Ir前驱体和溶剂混合并超声分散均匀，促使Pt前驱体、Co前驱体和Ir前驱体充分混合均匀，并进入三维组装载体复合材料的空间内；在搅拌条件下，向上述溶液中，逐滴加入硼氢化钠的溶液反应，将上述溶液冷却至室温，离心，洗涤，真空干燥，即可得到三维组装载体复合材料担载的PtCoIr合金纳米颗粒；(5)除去PtCoIr合金纳米颗粒中的不稳定的钴元素：取步骤(4)得到的三维组装载体复合材料担载的PtCoIr合金纳米颗粒，于酸溶液中进行加热处理，除去不稳定的Co元素；(6)促使PtCoIr合金纳米颗粒的充分合金化：取步骤(5)得到的除去不稳定的Co元素的三维组装载体复合材料担载的PtCoIr合金纳米颗粒，于Ar或N2气氛中，加热，促使三种元素充分的合金化，即可得到燃料电池用二维TaC纳米片层与三维组装载体的复合材料担载的PtCoIr合金纳米颗粒催化剂。2.根据权利要求1所述的低温燃料电池用氮化三维载体担载铂钴铱合金结构催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的碳纳米管的质量为100mg-100g，优选为100mg-1g；浓硫酸/浓硝酸(体积比为3:1)溶液的体积量(mL)为碳纳米管的质量(mg)的0.1-10倍，优选为1-5倍；搅拌为油浴锅搅拌，搅拌温度为40-100℃，优选为50-80℃；油浴锅搅拌的时间为2-48小时，优选为5-24小时。3.根据权利要求1所述的低温燃料电池用氮化三维载体担载铂钴铱合金结构催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中的含氧碳纳米管与氧化石墨烯的质量比例为1:3-10...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵志刚，曹龙生，方达晖，唐雪君，秦晓平，衣宝廉，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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