一种应用于燃料电池的高效复合催化剂及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于燃料电池的高效复合催化剂及其制备方法，该方法步骤包括：制备第一金属有机框架材料；制备第二金属有机框架材料；采用回流吸附法将金属铂负载于第一金属有机框架材料的颗粒表面；将负载有金属铂的第一金属有机框架材料与第二金属有机框架材料混合烧制，得到应用于燃料电池的高效复合催化剂。本发明专利技术在第一金属有机框架材料表面负载金属铂后，再低温烧制附着第二金属框架，不仅能够提高对金属铂的锚定作用和整体的热稳定性，还能够利用第二金属有机框架材料对水的吸附作用，在进行催化反应时于表面吸附形成一定的水膜，能够有效阻隔金属铂与CO接触，进而显著提高铂催化剂的抗CO中毒性能。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于燃料电池的高效复合催化剂及制备方法
本专利技术涉及燃料电池领域，特别是一种应用于燃料电池的高效复合催化剂及制备方法。
技术介绍
燃料电池是将外部导入燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，具有发电效率高、环境污染小、比能量高、燃料范围广等优势，特别是作为民用机动车的动力源和便携式电子器件的动力源，具有很好的市场前景。目前，铂金基催化剂因其优异的电子性质，被广泛认为是直接甲醇燃料电池(简称DMFC)中最重要的阳极催化剂。虽然铂金基催化剂具有优异的催化效果，但同时也存在电催化稳定性差、成本高等问题。因此，开发具有高电化学活性和稳定性的铂基催化剂已成为当务之急。通常来说，催化剂的载体是提高催化稳定和活性的关键，一般选择比表面积较大的材料作为载体，如介孔碳、碳纤维、石墨烯以及金属有机框架材料(简称MOFs)等，特别是MOFs具有高表面积和可控的结构特征，成为了近年来大家的研究热点。但是单独在MOFs表面负载纳米铂粒子，其锚定作用不佳，并且在高温条件下易发生热解，使氮含量大幅下降，从而影响纳米铂粒子的成核和生长，一定程度上限制了铂的催化效果；此外，由于甲醇在阳极氧化过程中所生成的中间产物CO使铂中毒，目前在铂催化剂中掺入钌，能够一定程度上提高抗CO中毒性能，但抗中毒效果有限，同时也对原始铂催化剂的催化效果有一定限制效果。故需要提出一种新的催化剂，用于解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供了一种应用于燃料电池的高效复合催化剂及制备方法，用于解决现有技术中MOFs表面负载纳米铂粒子锚定作用不佳、热稳定性不佳、铂催化剂易CO中毒、催化效果难以提高的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供了第一种解决方式：一种应用于燃料电池的高效复合催化剂制备方法，其步骤包括：制备第一金属有机框架材料；制备第二金属有机框架材料；采用回流吸附法将金属铂负载于第一金属有机框架材料的颗粒表面；将负载有金属铂的第一金属有机框架材料与第二金属有机框架材料混合烧制，得到应用于燃料电池的高效复合催化剂；其中，第一金属有机框架材料为ZIF-8，第二金属有机框架材料为NH2-MIL-101(Cr)。其中，制备第一金属有机框架材料的具体步骤包括：将六水合硫酸硝酸锌分散于乙醇溶液中，得到溶液A；将2-甲基咪唑分散于甲醇溶液中，得到溶液B；将溶液A、溶液B和表面活性剂搅拌反应，并冷却至室温，取所得沉淀依次进行离心、洗涤、干燥，得到第一金属有机框架材料。其中，制备第一金属有机框架材料的过程中，六水合硫酸硝酸锌、2-甲基咪唑和表面活性剂的摩尔比为(6～8)：(100～120)：1；表面活性剂为聚氧丙烯聚乙烯甘油醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乙烯酰胺中的一种或多种的混合物。其中，制备第一金属有机框架材料的过程中，搅拌反应的时间为0.5～3h，反应温度为70～110℃；离心转速为5000～8000rpm，离心时间为5～20min；洗涤过程中，先后依次采用去离子水和甲醇各洗涤3～6次。其中，制备第二金属有机框架材料的具体步骤包括：将九水合硝酸铬、2-氨基对苯二甲酸混合均匀，并用氨水调节pH值至8～11，搅拌反应后冷却至室温，取所得沉淀依次进行洗涤、干燥，得到第二金属有机框架材料；九水合硝酸铬和2-氨基对苯二甲酸的摩尔比为(1～1.3)：1，氨水浓度为0.1～1mol/L。其中，制备第二金属有机框架材料的过程中，搅拌反应的时间为6～8h，反应温度为90～160℃；洗涤过程中，先后依次采用去离子水和甲醇各洗涤3～6次。其中，采用回流吸附法将金属铂负载于第一金属有机框架材料的颗粒表面的步骤具体包括：将第一金属有机框架材料分散于乙二醇溶液中，得到溶液C；将六水合氯铂酸分散于乙二醇溶液中，得到溶液D；将溶液C、溶液D与氢氧化钠溶液混合搅拌，并依次进行油浴回流、洗涤、干燥，得到负载有金属铂的第一金属有机框架材料。其中，第一金属有机框架材料、六水合氯铂酸与氢氧化钠的摩尔比为(3～3.4)：1：(3～4)；油浴回流的温度为120～150℃，油浴回流的时间为1～2h；洗涤过程中，先后依次采用去离子水和乙醇各洗涤3～6次。其中，将负载有金属铂的第一金属有机框架材料与第二金属有机框架材料混合烧制的步骤具体包括：将负载有金属铂的第一金属有机框架材料与第二金属有机框架材料混合均匀，并置于惰性气体环境下，在250～300℃温度下烧制4～6h，得到应用于燃料电池的高效复合催化剂。为解决上述技术问题，本专利技术提供了第二种解决方式：一种应用于燃料电池的高效复合催化剂，该应用于燃料电池的高效复合催化剂由前述第一种解决方式中应用于燃料电池的高效复合催化剂制备方法制备得到。本专利技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本专利技术提供了一种应用于燃料电池的高效复合催化剂及制备方法，在第一金属有机框架材料表面负载金属铂后，再低温烧制附着第二金属框架，不仅能够提高对金属铂的锚定作用和整体的热稳定性，还能够利用第二金属有机框架材料对水的吸附作用，在进行催化反应时于表面吸附形成一定的水膜，能够有效阻隔金属铂与CO接触，进而显著提高铂催化剂的抗CO中毒性能。附图说明图1是本专利技术中应用于燃料电池的高效复合催化剂制备方法一实施方式的流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，图1是本专利技术中应用于燃料电池的高效复合催化剂制备方法一实施方式的流程示意图。本专利技术中应用于燃料电池的高效复合催化剂制备方法具体步骤包括：S1：制备第一金属有机框架材料。本步骤中，具体地，将六水合硫酸硝酸锌分散于乙醇溶液中，得到溶液A；将2-甲基咪唑分散于甲醇溶液中，得到溶液B；将溶液A、溶液B和表面活性剂搅拌反应，并冷却至室温，取所得沉淀依次进行离心、洗涤、干燥，得到第一金属有机框架材料。其中，优选的，六水合硫酸硝酸锌、2-甲基咪唑和表面活性剂的摩尔比为(6～8)：(100～120)：1；表面活性剂为聚氧丙烯聚乙烯甘油醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乙烯酰胺中的一种或多种的混合物；搅拌反应的时间为0.5～3h，反应温度为70～110℃；离心转速为5000～8000rpm，离心时间为5～20min；洗涤过程中，先后依次采用去离子水和甲醇各洗涤3～6次。本步骤以六水合硫酸硝酸锌、2-甲基咪唑和表面活性剂为反应原料，在表面活性剂的活化作用下，合成第一金属有机框架材料，即ZIF-8，并通过控制工艺参数使其产生一定的团聚状态，以便于后续在表面负载金属铂和第二金属材料。S2：制备第二金属有机框架材料。本步骤中，具体地，将九水合硝酸铬、2-氨基对苯二甲酸混合均匀，并用氨水调节pH值至8～11，搅拌反应后冷却至室温，取所得沉淀依次进行洗涤、干燥，得到第二金属有机框架材料；优选的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于燃料电池的高效复合催化剂制备方法，其特征在于，其步骤包括：/n制备第一金属有机框架材料；/n制备第二金属有机框架材料；/n采用回流吸附法将金属铂负载于所述第一金属有机框架材料的颗粒表面；/n将负载有所述金属铂的所述第一金属有机框架材料与所述第二金属有机框架材料混合烧制，得到应用于燃料电池的高效复合催化剂；/n其中，所述第一金属有机框架材料为ZIF-8，所述第二金属有机框架材料为NH

【技术特征摘要】
1.一种应用于燃料电池的高效复合催化剂制备方法，其特征在于，其步骤包括：
制备第一金属有机框架材料；
制备第二金属有机框架材料；
采用回流吸附法将金属铂负载于所述第一金属有机框架材料的颗粒表面；
将负载有所述金属铂的所述第一金属有机框架材料与所述第二金属有机框架材料混合烧制，得到应用于燃料电池的高效复合催化剂；
其中，所述第一金属有机框架材料为ZIF-8，所述第二金属有机框架材料为NH2-MIL-101(Cr)。


2.根据权利要求1所述的应用于燃料电池的高效复合催化剂制备方法，其特征在于，所述制备第一金属有机框架材料的具体步骤包括：
将六水合硫酸硝酸锌分散于乙醇溶液中，得到溶液A；
将2-甲基咪唑分散于甲醇溶液中，得到溶液B；
将所述溶液A、溶液B和表面活性剂搅拌反应，并冷却至室温，取所得沉淀依次进行离心、洗涤、干燥，得到所述第一金属有机框架材料。


3.根据权利要求2所述的应用于燃料电池的高效复合催化剂制备方法，其特征在于，所述制备第一金属有机框架材料的过程中，所述六水合硫酸硝酸锌、2-甲基咪唑和表面活性剂的摩尔比为(6～8)：(100～120)：1；
所述表面活性剂为聚氧丙烯聚乙烯甘油醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乙烯酰胺中的一种或多种的混合物。


4.根据权利要求2所述的应用于燃料电池的高效复合催化剂制备方法，其特征在于，所述制备第一金属有机框架材料的过程中，搅拌反应的时间为0.5～3h，反应温度为70～110℃；
离心转速为5000～8000rpm，离心时间为5～20min；
洗涤过程中，先后依次采用去离子水和甲醇各洗涤3～6次。


5.根据权利要求1所述的应用于燃料电池的高效复合催化剂制备方法，其特征在于，所述制备第二金属有机框架材料的具体步骤包括：
将九水合硝酸铬、2-氨基对苯二甲酸混合均匀，并用氨水调节pH值至8～11，搅拌反应后冷却至室温，取...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，于凤书，孙婉露，唐迪，黄岳，
申请(专利权)人：武汉氢能与燃料电池产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42