一种氮掺杂碳载铂基催化剂及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种氮掺杂碳载铂基催化剂及其制备方法和用途。所述制备方法包括：(1)将聚合物溶液进行静电纺丝，制备碳材料前驱体；(2)将步骤(1)中得到的碳材料前驱体，在含氮气氛中进行热处理，得到氮掺杂碳材料；(3)将步骤(2)中得到的氮掺杂碳材料与铂的前驱体溶液混合，依次加入第一还原剂和第二还原剂进行一次还原和二次还原，分离，烘干，得到所述的氮掺杂碳载铂基催化剂；其中，所述第一还原剂的还原性>第二还原剂的还原性。所述催化剂在耐久性试验中，30000圈加速耐久后催化性能几乎无衰减。所述制备方法不仅提高催化剂稳定性、耐久性和催化活性，还降低铂的用量，减少生产成本，具有较高的应用价值。

A nitrogen doped carbon supported platinum based catalyst and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种氮掺杂碳载铂基催化剂及其制备方法和用途
本专利技术涉及新能源燃料电池领域，具体涉及一种氮掺杂碳载铂基催化剂及其制备方法和用途。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFCs)具有能量转换效率高、低温快速启动、低噪音、无污染等特点，被认为十分适合作为绿色新能源汽车的动力能源。质子交换膜燃料电池由催化剂、质子膜、气体扩散层及双极板组成。其原理为氢气在阳极分离出质子和电子，质子经过质子交换膜到阴极，而电子则通过外电路到达阴极，当电子到达阴极时，与质子以及通入的O2在阴极催化剂的作用下结合而生成水，具体电极反应：阳极：H2→2H++2e-阴极：1/2O2+2H++2e-→H2O总反应式为：H2+1/2O2→H2O由于燃料电池加入的氢气，排出的是水，因此燃料电池技术被认为是新能源发展的终极目标。然而，因燃料电池工作的环境温度为40-95℃，因此，需要采用高活性的贵金属Pt作为催化剂。但由于Pt金属存储量少、价格昂贵、易毒化等特点，因此开发高活性、高耐久低铂催化剂是目前研究重点。CN1803292A提供用于燃料电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮掺杂碳载铂基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将聚合物溶液进行静电纺丝，制备碳材料前驱体；/n(2)将步骤(1)中得到的碳材料前驱体，在含氮气氛中进行热处理，得到氮掺杂碳材料；/n(3)将步骤(2)中得到的氮掺杂碳材料与铂的前驱体溶液混合，依次加入第一还原剂和第二还原剂进行一次还原和二次还原，分离，烘干，得到所述的氮掺杂碳载铂基催化剂；/n其中，所述第一还原剂的还原性>第二还原剂的还原性。/n

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂碳载铂基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚合物溶液进行静电纺丝，制备碳材料前驱体；
(2)将步骤(1)中得到的碳材料前驱体，在含氮气氛中进行热处理，得到氮掺杂碳材料；
(3)将步骤(2)中得到的氮掺杂碳材料与铂的前驱体溶液混合，依次加入第一还原剂和第二还原剂进行一次还原和二次还原，分离，烘干，得到所述的氮掺杂碳载铂基催化剂；
其中，所述第一还原剂的还原性>第二还原剂的还原性。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一还原剂包括硼氢化钠和/或硼氢化钾；
优选地，所述第二还原剂包括抗坏血酸、甲醛或二甲基甲酰胺中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述氮掺杂碳材料、第一还原剂和第二还原剂的质量比为1:(0.5-10):(3-15)，优选为1:(0.55-8):(3-10)。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述聚合物包括聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯或聚酰亚胺中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(1)中所述聚合物溶液的溶剂包括乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或丙酮中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(1)中所述聚合物溶液在配制过程加热至60-120℃；
优选地，步骤(1)中所述聚合物溶液中聚合物与溶剂的质量比为0.05-0.5:1，优选为0.08-0.3:1。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述静电纺丝的电压为5-30kV，优选为15-20kV；
优选地，所述碳材料前驱体为纳米纤维膜或纳米粒子膜。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述热处理的温度为500-1200℃，优选为600-900℃；
优选地，所述热处理的升温方式为阶梯式升温；
优选地，所述阶梯式升温的阶梯数≥2，优选为2；
优选地，所述阶梯数为2的阶梯式升温程序为：第一阶段升温至温度T1，保温时间t1，第二阶段升温至温度T2，保温时间t2；
优选地，所述温度T1为200-300℃；
优选地，所述时间t1为1.5-2.5h；
优选地，所述温度T2为500-1200℃；
优选地，所述时间t2为0.5-8h，优选为1-2h；
优选地，所述第一阶段和第二阶段的升温速度独立地为1-7℃/min，优选为2-5℃/min；
优选地，所述含氮气氛的气体为氮气和/或氨气。


6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述铂的前驱体包括氯铂酸、四氯合铂酸钾、六氯合铂酸钾、乙酰丙酮铂、硝酸铂或四氨合氯化铂中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(3)中所述混合的方式为搅拌和/或超声；
优选地，在步骤(3)中加入所述第一还原剂之前，加入缓冲物质；
优选地，所述缓冲物质包括氨水、碳酸铵、碳酸氢铵或尿素中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述氮掺杂碳材料、铂的前驱体中的铂和缓冲物质的质量比为1:(1-7):(5-20)，优选为1:(1.5-6.5):(5-17.5)。


7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中加入第一还原剂和第二还原...

【专利技术属性】
技术研发人员：于力娜，朱云，唐柳，朱雅男，张克金，裴国权，杨帅，
申请(专利权)人：一汽解放汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22