一种基于中空ZSM-5的多孔碳基催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于中空ZSM

【技术实现步骤摘要】
一种基于中空ZSM
‑
5的多孔碳基催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于碳基电催化剂
，具体涉及一种基于中空ZSM
‑
5的多孔碳基催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]多孔碳基材料由于其高比表面积而被广泛应用于电化学催化，例如由于其表面积大而被用作载体，由于其可调节的活性位点和高电导率而被用作催化剂。具体地说，多孔碳基催化剂在下一代能源装置所涉及的反应中表现出令人称赞的性能，例如氧还原反应(ORR)，甲醇氧化反应(MOR)和甲酸氧化反应(FAOR)。在这方面，多孔碳基材料引起了广泛的研究兴趣，特别是基于铂(Pt)的多孔碳催化剂，其具有独特的孔结构，大表面积，出色的结构稳定性和高导电性等优势，在电化学催化中有着出色的表现，因为多孔骨架不仅可以增加反应物可及区域的活性分子，也提高了电子迁移率，并在催化反应中提供了有效的质量转移。但是由于以下原因导致其在燃料电池运行期间催化活性会下降：(1)碳载体腐蚀导致Pt损失和聚集；(2)由表面张力驱动的Pt纳米颗粒的聚集；(3)奥斯特瓦尔德熟化；(4)Pt的电位依赖性化学溶解，并迁移到质子交换膜中。因此，有必要对多孔碳基催化剂改进来提高其稳定性以避免在使用过程中催化活性降低的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于中空ZSM
‑
5的多孔碳基催化剂及其制备方法。本专利技术提供的多孔碳基催化剂具有出色的稳定性，能够实现自支撑，将其用于燃料电池中时能够避免催化活性降低的问题。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种基于中空ZSM
‑
5的多孔碳基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)将中空ZSM
‑
5依次与含铵根离子溶液和含钙离子溶液混合，进行改性，得到改性中空ZSM
‑
5；
[0007](2)将所述步骤(1)得到的改性中空ZSM
‑
5与含铂离子溶液混合，进行浸渍，得到中空ZSM
‑
5负载铂；
[0008](3)以碳氢化合物为碳源，对所述步骤(2)得到的中空ZSM
‑
5负载铂进行化学气相沉积，得到中空ZSM
‑
5负载铂
‑
碳材料；
[0009](4)将所述步骤(3)得到的中空ZSM
‑
5负载铂
‑
碳材料与碱液混合，进行刻蚀，得到多孔碳基催化剂。
[0010]优选地，所述步骤(1)含铵根离子溶液中铵根离子和所述含钙离子溶液中钙离子的浓度独立地为0.5～2mol/L。
[0011]优选地，所述步骤(2)含铂离子溶液为硝酸四氨合铂溶液或氯铂酸溶液。
[0012]优选地，所述步骤(2)含铂离子溶液中铂离子的浓度为1～3mmol/L。
[0013]优选地，所述步骤(2)中改性中空ZSM
‑
5的质量与含铂离子溶液的体积之比为
0.1g：(10～50)mL。
[0014]优选地，所述步骤(2)中浸渍的时间为6～24h。
[0015]优选地，所述步骤(3)中化学气相沉积在保护气氛中进行。
[0016]优选地，所述步骤(3)中化学气相沉积的温度为750～1000℃；化学气相沉积的时间为1～4h。
[0017]优选地，所述步骤(4)中碱液为氢氧化钠溶液或氨水；碱液的浓度为1～3mol/L。
[0018]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的基于中空ZSM
‑
5的多孔碳基催化剂，所述多孔碳基催化剂包括铂和多孔碳。
[0019]本专利技术提供了一种基于中空ZSM
‑
5的多孔碳基催化剂的制备方法，包括以下步骤：将中空ZSM
‑
5依次与含铵根离子溶液和含钙离子溶液混合，进行改性，得到改性中空ZSM
‑
5；将所述改性中空ZSM
‑
5与含铂离子溶液混合，进行浸渍，得到中空ZSM
‑
5负载铂；以碳氢化合物为碳源，对所述中空ZSM
‑
5负载铂进行化学气相沉积，得到中空ZSM
‑
5负载铂
‑
碳材料；将所述中空ZSM
‑
5负载铂
‑
碳材料与碱液混合，进行刻蚀，得到多孔碳基催化剂。本专利技术通过离子交换改性、湿化学浸渍法和化学气相沉积相结合，利用铵根离子增加中空ZSM
‑
5分子筛的酸性，疏通分子筛的孔道，改善分子筛的孔结构，有利于钙离子的改性，不仅能够提高铂的负载量，还能够提高稳定性；利用钙离子交换分子筛中的阳离子，在后续碳沉积时钙离子能够通过配位键与碳骨架相互作用，增加化学气相沉积时碳的沉积程度，实现高石墨化，进一步提高稳定性；最后采用碱液刻蚀掉ZSM
‑
5模板，得到具有分级多孔结构的多孔碳基催化剂，其稳定性高，能够实现自支撑，将其用于燃料电池中时能够解决传统碳载体催化剂在使用时催化活性降低的问题。实验结果表明，本专利技术提供的制备方法制备得到的多孔碳基催化剂在仅245mV的超低电势下提供100mA cm
‑2的电流密度条件下，氧还原的起始电势为0.91V，半波电势为0.75V。
附图说明
[0020]图1为实施例1中制备的ZSM
‑
5的SEM图；
[0021]图2为实施例1中制备的中空ZSM
‑
5的TEM图；
[0022]图3为实施例1制备的多孔碳基催化剂的TEM图；
[0023]图4为实施例1制备的多孔碳基催化剂的拉曼图；
[0024]图5为实施例1制备的多孔碳基催化剂的TEM图；
[0025]图6为实施例1制备的多孔碳基催化剂的催化性能曲线。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供了一种基于中空ZSM
‑
5的多孔碳基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0027](1)将中空ZSM
‑
5依次与含铵根离子溶液和含钙离子溶液混合，进行改性，得到改性中空ZSM
‑
5；
[0028](2)将所述步骤(1)得到的改性中空ZSM
‑
5与含铂离子溶液混合，进行浸渍，得到中空ZSM
‑
5负载铂；
[0029](3)以碳氢化合物为碳源，对所述步骤(2)得到的中空ZSM
‑
5负载铂进行化学气相沉积，得到中空ZSM
‑
5负载铂
‑
碳材料；
[0030](4)将所述步骤(3)得到的中空ZSM
‑
5负载铂
‑
碳材料与碱液混合，进行刻蚀，得到多孔碳基催化剂。
[0031]本专利技术将中空ZSM
‑
5依次与含铵根离子溶液和含钙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于中空ZSM
‑
5的多孔碳基催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将中空ZSM
‑
5依次与含铵根离子溶液和含钙离子溶液混合，进行改性，得到改性中空ZSM
‑
5；(2)将所述步骤(1)得到的改性中空ZSM
‑
5与含铂离子溶液混合，进行浸渍，得到中空ZSM
‑
5负载铂；(3)以碳氢化合物为碳源，对所述步骤(2)得到的中空ZSM
‑
5负载铂进行化学气相沉积，得到中空ZSM
‑
5负载铂
‑
碳材料；(4)将所述步骤(3)得到的中空ZSM
‑
5负载铂
‑
碳材料与碱液混合，进行刻蚀，得到多孔碳基催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)含铵根离子溶液中铵根离子和所述含钙离子溶液中钙离子的浓度独立地为0.5～2mol/L。3.根据权利要求1所述的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彬，屈会奇，马艺茹，肖振宇，刘杰，王磊，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：