一种氮掺杂碳负载铂基电催化剂及其合成方法技术

本发明专利技术公开了一种氮掺杂碳负载铂基电催化剂及其合成方法。包括：采用聚酰胺‑胺树形分子为模版剂和稳定剂，对金属离子进行至少一次络合和还原制备纳米粒子；将导电炭载体依次经酸化、酯化或酸酐化预处理，形成表面功能化的炭载体；将纳米粒子与预处理后的炭载体经浸渍和酰胺化反应有序地锚定在碳载体表面，在流动的惰性气体气氛中炭化，形成网状碳‑氮层，金属或金属合金纳米粒子被锚定其上，形成氮掺杂碳负载的铂基电催化剂。本发明专利技术利用聚酰胺‑胺树形分子的内部的纳米空穴造就了金属纳米粒子的形成和稳定且粒径可控结构，经高温碳化造就了导电的网状碳‑氮表面层，该表面层不但能提高碳载体的耐久性而且能提升锚定在其上的铂基催化剂的活性。

【技术实现步骤摘要】
一种氮掺杂碳负载铂基电催化剂及其合成方法
本专利技术属于电催化剂设计制备
，尤其属于一种用于质子交换膜燃料电池的高效低贵重金属膜电极中高性能电催化剂制备方法，涉及新能源材料与在燃料电池汽车的应用领域，具体涉及一种氮掺杂的、结构可控的碳负载铂基电催化剂及其合成方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(ProtonExchangeMembraneFuelCells，PEMFC)由于其操作温度低，通常在室温到100℃之间即可运行，安全无污染，不使用腐蚀性电解液或高温熔盐的特性，并且相比较内燃机，其能量密度和功率密度高，因此，作为新一代能源技术应用的前景广阔，市场潜力巨大。燃料电池的关键零部件包括膜电极组件(MembraneElectrodeAssembly，MEA)，其关键组成是电催化剂。目前贵金属铂仍然是商业上最受青睐的燃料电池催化剂，然而，由于其较慢的阴极氧还原动力学速率(阴极氧还原反应活性，即ORR活性)、低贵金属利用率、循环负荷下可怜的稳定性、以及高昂的贵金属成本成为了质子交换膜燃料电池商业化应用的最大障碍。近十几年来，学术界和产业本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮掺杂碳负载铂基电催化剂合成方法，其特征在于包括以下步骤：/n(1)采用聚酰胺-胺树形分子为模版剂和稳定剂，对金属离子进行至少一次络合和还原，制备粒径稳定、分布均匀的聚酰胺-胺树形分子包覆金属或金属合金纳米粒子，其中，所述金属是贵金属和/或过渡金属，至少包括一次贵金属铂离子的络合和还原；/n(2)将导电炭载体依次经酸化和酯化预处理、或酸化和酸酐化预处理，形成表面功能化的炭载体；/n(3)将聚酰胺-胺树形分子包覆金属或金属合金纳米粒子与预处理后的炭载体经浸渍和酰胺化反应有序地锚定在碳载体表面；/n(4)将步骤(3)制备的碳载体锚定聚酰胺-胺树形分子包覆金属或金属合金纳米粒子在流动的惰性气...

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂碳负载铂基电催化剂合成方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)采用聚酰胺-胺树形分子为模版剂和稳定剂，对金属离子进行至少一次络合和还原，制备粒径稳定、分布均匀的聚酰胺-胺树形分子包覆金属或金属合金纳米粒子，其中，所述金属是贵金属和/或过渡金属，至少包括一次贵金属铂离子的络合和还原；
(2)将导电炭载体依次经酸化和酯化预处理、或酸化和酸酐化预处理，形成表面功能化的炭载体；
(3)将聚酰胺-胺树形分子包覆金属或金属合金纳米粒子与预处理后的炭载体经浸渍和酰胺化反应有序地锚定在碳载体表面；
(4)将步骤(3)制备的碳载体锚定聚酰胺-胺树形分子包覆金属或金属合金纳米粒子在流动的惰性气体气氛中，以5℃/min的升温速率，从室温升至600-1000℃，恒温至少1小时，使聚酰胺-胺树形分子完全炭化，碳载体表面形成网状碳-氮层，金属或金属合金纳米粒子被锚定其上，形成氮掺杂碳负载的铂基电催化剂。


2.根据权利要求1所述的氮掺杂碳负载铂基电催化剂合成方法，其特征在于：所述步骤(1)中金属离子是铂金属离子，通过对贵金属铂离子的至少一次络合和还原，制备粒径稳定可控、粒径分布均匀的聚酰胺-胺树形分子包覆贵金属铂纳米粒子。


3.根据权利要求2所述的氮掺杂碳负载铂基电催化剂合成方法，其特征在于：所述步骤(4)是将碳载体锚定聚酰胺-胺树形分子包覆贵金属铂纳米粒子，在流动的惰性气体气氛中，以5℃/min的升温速率，从室温升至600-1000℃，恒温至少1小时，使聚酰胺胺树形分子完全炭化，碳载体表面形成网状碳-氮层，贵金属铂纳米粒子被锚定其上，形成氮掺杂碳负载的铂基电催化剂。


4.根据权利要求1所述的氮掺杂碳负载铂基电催化剂合成方法，其特征在于：所述步骤(1)中金属离子包括铂和过渡金属；通过对过渡金属离子进行络合和还原，制备聚酰胺-胺树形分子包覆过渡金属纳米粒子核；再将制备的聚酰胺-胺树形分子包覆过渡金属纳米粒子核进行至少一次铂金属离子的络合和还原，制备粒径稳定、分布均匀的聚酰胺-胺树形分子包覆过渡金属核-铂壳合金纳米粒子。


5.根据权利要求1所述的氮掺杂碳负载铂基电催化剂合成方法，其特征在于：所述步骤(1)中金属离子包括贵金属和过渡金属；通过对过渡金属和贵金属混合离子同时进行络合和还原，制备聚酰胺-胺树形分子包覆金属合金纳米粒子核；再将制备的聚酰胺-胺树形分子包覆金属合金纳米粒子核进行至少一次铂金属离子的络合和还原，制备粒径稳定、分布均匀的聚酰胺-胺树形分子包覆金属合金核-铂壳合金纳米粒子。


6.根据权利要求5所述的氮掺杂碳负载铂基电催化剂合成方法，其特征在于：所述步骤(4)是将碳载体锚定聚酰胺-胺树形分子包覆金属合金核-铂壳合金纳米粒子，在流动的惰性气体气氛中，以5℃/min的升温速率，从室温升至600-1000℃，恒温至少1小时，使聚酰胺胺树形分子完全炭化，碳载体表面形成网状碳-氮层，金属合金核-铂壳合金纳米粒子被锚定其上，形成氮掺杂碳负载的铂基电催化剂。


7.根据权利要求1至6任一项所述的氮掺杂碳负载铂基电催化剂合成方法，其特征在于所述采用聚酰胺-胺树...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘征，乔红艳，王正罗，宋晨辉，陈启章，
申请(专利权)人：中自环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51