一种氧还原反应催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于电化学的技术领域，具体的涉及一种氧还原反应催化剂及其制备方法。所述制备方法以邻菲罗啉为络合剂，氯亚铂酸钾为铂源，乙醇和水为溶剂，利用Pt

【技术实现步骤摘要】
一种氧还原反应催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于电化学的
，具体的涉及一种氧还原反应催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]氧还原反应是金属
‑
空气电池和燃料电池中极其关键的半反应，Pt基纳米材料催化氧还原反应是研究最广泛的电化学反应之一。然而，一些燃料电池的实际应用仍面临几个关键问题，例如阴极氧还原反应动力学缓慢、一氧化碳中毒和阳极的醇/酸交叉以及由于催化剂溶解、聚集和Ostwald熟化等作用造成的活性降低。因此，提高用于ORR的阴极Pt电催化剂的活性、选择性和耐久性对于促进燃料电池的商业化应用极为重要。
[0003]电催化剂的活性与其形貌和组成高度相关，为了提高电催化性能，对Pt基纳米结构进行适当的形貌控制是一种有效的策略。一维多孔Pt纳米棒由于其独特的物理化学性质而在催化和电催化方面受到广泛关注。首先，特殊的一维形貌赋予了Pt纳米棒高导电性和固有的各向异性形貌；其次，纳米棒表面的大量孔洞结构使得电催化剂比表面积增大，从而增加催化活性位点和原子利用率，并且多孔结构能够有效促进反应分子和电解质溶液的浸润和扩散，加快催化反应的传质；此外，一维纳米结构易于在电极表面形成连续的导电网络，促进各种电催化反应的动力学；最后，一维连续结构的自支撑结构特性具有优异的自稳定性，有利于提高在催化反应过程中的电化学稳定性。因此，与传统的球形纳米晶相比，一维多孔Pt纳米棒通常显示出对各种催化/电催化反应的增强活性。
[0004]目前Pt纳米棒主要通过硬模板法合成，其需要预先合成各种纳米线模板，如Ag、Cu、ZnO和Te纳米线，合成步骤繁琐。虽然现有技术中也有采用自模板法合成Pt纳米棒的，但所采用的工艺在制备前驱体及其还原的过程均较为复杂。因此亟需一种简便的自模板法制备一维多孔Pt纳米棒。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种氧还原反应催化剂及其制备方法。该催化剂为多孔Pt纳米棒，以邻菲罗啉
‑
Pt(II)配合物为模板制备所得。该多孔Pt纳米棒作为催化剂在酸性介质中催化氧还原反应方面展现出较高的催化活性。
[0006]本专利技术的技术方案为：一种氧还原反应催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将邻菲罗啉的乙醇溶液加入至K2PtCl4的水溶液中，得到混合溶液；
[0008](2)将步骤(1)所得混合溶液进行加热，搅拌反应，得到悬浊液；
[0009](3)将步骤(2)所得悬浊液离心分离，对所得沉淀物洗涤、干燥后置于管式炉中进行煅烧；将煅烧产物洗涤、离心分离、干燥，得到多孔Pt纳米棒，即所述催化剂。
[0010]所述步骤(1)混合溶液中K2PtCl4与邻菲罗啉的摩尔比为1:1.5～2.5。
[0011]所述步骤(1)中邻菲罗啉的乙醇溶液与K2PdCl4的水溶液的浓度均为0.01～0.05mol/L。
[0012]所述步骤(2)中加热至60～80℃；搅拌反应1～2小时。
[0013]所述步骤(3)中采用水和乙醇对沉淀物洗涤3～5次。
[0014]所述步骤(3)中煅烧具体为：在180～220℃氢气气氛条件下煅烧2小时。
[0015]所述制备方法制得的氧还原反应催化剂为一维棒状结构的多孔Pt纳米棒；表面粗糙，具有孔洞结构和晶界原子。
[0016]本专利技术的有益效果为：本专利技术所述制备方法以邻菲罗啉为络合剂，氯亚铂酸钾为铂源，乙醇和水为溶剂，利用Pt
2+
和邻菲罗啉的强络合作用，常温下混合得到棕色的邻菲罗啉
‑
Pt(II)配合物前驱体，其具有均匀且表面光滑的棒状结构，将其作为模板，在氢气气氛下将其还原，得到多孔Pt纳米棒，在烧结过程中，大量邻菲罗啉的去除有助于Pt纳米棒表面孔洞结构的形成。该制备方法简单、绿色、经济，能够实现克级制备，适合工业化大规模生产。
[0017]本专利技术制得的Pt纳米棒具有丰富的孔洞结构和晶界原子，显示出丰富的活性中心，多孔Pt纳米棒表现出增强的氧还原活性，可作为氧还原反应的催化剂，高于商业化Pt黑，半波电位相比于Pt黑负移55mV，是一个极具发展前景的燃料电池阴极电催化剂。
附图说明
[0018]图1为实施例1制备的多孔Pt纳米棒的XRD图。
[0019]图2为实施例1制备的多孔Pt纳米棒的SEM图。
[0020]图3为图2的局部放大图。
[0021]图4为实施例2制备的多孔Pt纳米棒的SEM图。
[0022]图5为实施例1制备的多孔Pt纳米棒与商业化Pt黑催化剂电催化氧还原反应的线性扫描伏安图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细的说明。
[0024]实施例1
[0025]将10mL 0.05mol/L邻菲罗啉的乙醇溶液加入至5mL 0.05mol/L的K2PtCl4水溶液混合均匀，所得混合溶液在80℃下水浴加热搅拌反应1小时，使Pt
2+
和邻菲罗啉充分络合形成邻菲罗啉
‑
Pt(II)配合物沉淀，然后使用比例为1:1的水合乙醇混合液进行离心洗涤4次，随后倒入磁舟中60℃烘箱干燥；最后将磁舟放入管式炉中，在氢气条件下200℃煅烧2小时，离心分离、洗涤、真空干燥，得到产物。
[0026]由图1可见，所得产物为Pt。
[0027]由图2可见，所得产物为一维棒状结构。
[0028]通过图3观察后可以看出Pt纳米棒表面粗糙，且有许多孔洞。
[0029]采用实施例1制备的多孔Pt纳米棒在30℃下电催化氧还原反应，采用线性扫描伏安法测试，结果见图5。
[0030]由图5可见，与商业化Johnson
‑
Matthey Pt黑(简称商业Pt黑)催化剂相比，由于本专利技术制备的多孔Pt纳米棒具有丰富的孔洞结构和晶界原子，显示出丰富的活性中心。因此，多孔Pt纳米棒表现出增强的氧还原反应动力学和面积活性，其半波电位相比于商业Pd黑负
移55mV，催化性能明显提高。
[0031]实施例2
[0032]将30mL 0.05mol/L邻菲罗啉的乙醇溶液倒入15mL 0.05mol/L的K2PtCl4水溶液混合均匀，所得混合溶液在80℃下水浴加热搅拌反应1小时，使Pt
2+
和邻菲罗啉充分络合形成邻菲罗啉
‑
Pt(II)配合物沉淀，然后使用比例为1:1的水合乙醇混合液进行离心洗涤4次，随后倒入磁舟中60℃烘箱干燥；最后将磁舟放入管式炉中，在氢气条件下200℃煅烧2小时，离心分离、洗涤、真空干燥，得到产物多孔Pt纳米棒，见图4。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧还原反应催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将邻菲罗啉的乙醇溶液加入至K2PtCl4的水溶液中，得到混合溶液；(2)将步骤(1)所得混合溶液进行加热，搅拌反应，得到悬浊液；(3)将步骤(2)所得悬浊液离心分离，对所得沉淀物洗涤、干燥后置于管式炉中进行煅烧；将煅烧产物洗涤、离心分离、干燥，得到多孔Pt纳米棒，即所述催化剂。2.根据权利要求1所述氧还原反应催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)混合溶液中K2PtCl4与邻菲罗啉的摩尔比为1:1.5～2.5。3.根据权利要求1所述氧还原反应催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中邻菲罗啉的乙醇溶液与K2PdCl4的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈忠伟，韦小玲，王新，
申请(专利权)人：先进能源产业研究院广州有限公司，
类型：发明
国别省市：