一种高电催化活性的低铂催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种高电催化活性的低铂催化剂及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：将钴盐溶于溶剂中，形成A溶液；将模板剂溶于溶剂中，形成B溶液；将A溶液与B溶液缓慢混合，搅拌、静置后，产生沉淀，将沉淀离心洗涤；将洗涤好的沉淀与铂源溶液混合，二次搅拌、洗涤、离心后，冷冻干燥；将冷冻干燥的材料经碳化、研磨后，得到高电催化活性的低铂催化剂PtCo@NC。与现有技术相比，本发明专利技术具有制备方法简单，成本低，可大批量合成，有利于推广使用等优点。铂和钴形成合金对于电化学反应更有利已经得到证实，载体富含碳可以实现更高的导电性，从而限制电阻损耗，并在电催化过程中增强电催化活性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种高电催化活性的低铂催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电化学能源
，具体涉及一种高电催化活性的低铂催化剂PtCo@NC及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]不断增长的能源需求推动了高性能能源转换和存储系统的发展。在各种类型的能源转换和存储技术中，燃料电池和金属空气电池由于其低环境污染、高能量密度和高转换效率，已经成为能源领域的核心问题。然而，由于阴极上的固有效率导致反应动力学缓慢，它们的整体反应效率受到氧还原反应(ORR)的严重限制。
[0003]一般来说，铂基催化剂因其出色的活性而被称为最有效的ORR催化剂，但其高成本严重阻碍了其商业应用。因此，开发高性能和高性价比的低铂催化剂是非常可取的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一个而提供一种降低铂基催化剂成本，制备方法简单，条件温和的高电催化活性的低铂催化剂PtCo@NC及其制备方法和应用。本专利技术不仅为开发具有高比表面积的低铂催化剂提供了一种通用的策略，而且为设计和开发各种能量相关电催化反应的低铂催化剂提供了有用的指导。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种高电催化活性的低铂催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0007]将钴盐溶于溶剂中，形成A溶液；将模板剂溶于溶剂中，形成B溶液；
[0008]将A溶液与B溶液缓慢混合，搅拌、静置后，产生紫色沉淀，将沉淀离心洗涤；一定是A溶液缓慢倒入B溶液中，为了不让金属离子快速成键聚合，从而形成大颗粒物质。紫色物质的洗涤液为甲醇(300mL)、乙醇(300mL)中的一种或几种和水(100mL)。
[0009]将洗涤好的沉淀物质进行真空干燥后(温度为60
‑
80℃，时间为12
‑
24h)与铂源溶液混合，二次搅拌、洗涤、离心后，冷冻干燥；
[0010]将冷冻干燥的材料经碳化、研磨后，得到高电催化活性的低铂催化剂PtCo@NC。
[0011]进一步地，所述钴盐、模板剂和铂源的质量比为(0.5
‑
1.5)g:(2
‑
3)g:(10
‑
50)mg；所述A溶液、B溶液和铂源溶液的体积比为(50
‑
150):(50
‑
150):(2
‑
25)。
[0012]进一步地，所述钴盐和铂源的质量比为(0.5
‑
1.5)g:20mg。
[0013]进一步地，所述的钴盐包括六水合硝酸钴；所述的模板剂包括2
‑
甲基咪唑；所述的铂源包括氯铂酸、乙酰丙酮铂或二氯化铂。
[0014]进一步地，所述的铂源为二氯化铂。
[0015]进一步地，A溶液与B溶液混合时，混合的时间为10
‑
30min，搅拌的时间为30
‑
60min，静置的时间为6
‑
24h。
[0016]进一步地，沉淀与铂源溶液混合时，二次搅拌的时间为4
‑
6h，冷冻干燥的时间为12
‑
24h。冷冻干燥的温度约为
‑
47℃。
[0017]进一步地，碳化的气氛为氢气与非活泼气体的混合气氛，其中氢气的体积分数为0
‑
10％，非活泼气体包括氮气或氩气；所述碳化的温度为600
‑
1000℃，时间为4
‑
8h。
[0018]进一步地，碳化的气氛为非活泼气体；所述碳化的温度为600
‑
800℃。
[0019]一种如上所述方法制备的高电催化活性的低铂催化剂。
[0020]该低铂催化剂可在燃料电池中的应用，应用步骤如下：
[0021]配制质量比m
全氟磺酸(N
afion)：m
分散溶剂(分散剂为异丙醇或乙醇)
＝1：30的分散液，然后取该分散液1mL与2mg低铂催化剂混合，超声分散后滴在铂碳电极上，干燥后备待测试用。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0023](1)本专利技术提供的影响低铂催化剂电催化活性因素的研究，用钴MOF为载体，通过加入少量的铂源，以及600
‑
1000℃的高温碳化温度合成低铂催化剂(PtCo@NC)。此外，铂和钴形成合金对于电化学反应更有利已经得到证实，载体富含碳可以实现更高的导电性，从而限制电阻损耗，并在电催化过程中增强电催化活性；
[0024](2)本专利技术将制备好的PtCo@NC催化剂应用在燃料电池阴极上，制得了一种具有良好电化学性能的燃料电池阴极电极，经电化学测试，该电极在0.1M HClO4溶液中的初始点位为0.94V，半坡点位为0.82V，因该催化剂铂含量远远低于20wt％商业铂碳，在保证高活性的同时极大程度的降低了燃料电池阴极催化剂的成本。
[0025](3)本专利技术提供的低铂催化剂，制备方法简单，成本低，可大批量合成，有利于推广使用。
附图说明
[0026]图1为实施例1中制备的催化剂的电化学线性扫描图；
[0027]图2为实施例2中制备的催化剂的电化学线性扫描图；
[0028]图3为实施例3中制备的催化剂的电化学线性扫描图；
[0029]图4为实施例4中制备的催化剂的电化学线性扫描图；
[0030]图5为实施例5中制备的催化剂的电化学线性扫描图；
[0031]图6为实施例6中制备的催化剂的氮气吸附图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0033]一种高电催化活性的低铂催化剂及其制备方法，包括以下步骤：
[0034]步骤S1，将六水合硝酸钴溶于50mL甲醇溶液中(A溶液)超声20分钟、2
‑
甲基咪唑加入到80mL甲醇溶液中(B溶液)超声20分钟，再将A溶液在超声下缓慢倒入B溶液中，随后搅拌30分钟，静置一段时间，产生紫色沉淀，然后将沉淀物离心洗涤。六水合硝酸钴和2
‑
甲基咪唑的质量分别在0.5
‑
1.5g和2
‑
3g之间变化。铂源为氯铂酸、乙酰丙酮铂或二氯化铂中的任意一种。超声时间为10
‑
30min，搅拌时间为30
‑
60min，静置时间为6
‑
24h。离心洗涤溶液为乙醇、甲醇中的一种。
[0035]将A溶液倒入B溶液中，此步骤一定要缓慢，否则聚合程度不均一，MOF形成的尺寸
大，导致比表面积低，活性位点分散不均匀，从而降低催化剂的活性。
[0036]步骤S2，将洗涤好的样品放在10mL存放溶液中存放，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高电催化活性的低铂催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将钴盐溶于溶剂中，形成A溶液；将模板剂溶于溶剂中，形成B溶液；将A溶液与B溶液缓慢混合，搅拌、静置后，产生沉淀，将沉淀离心洗涤；将洗涤好的沉淀与铂源溶液混合，二次搅拌、洗涤、离心后，冷冻干燥；将冷冻干燥的材料经碳化、研磨后，得到高电催化活性的低铂催化剂PtCo@NC。2.根据权利要求1所述的一种高电催化活性的低铂催化剂的制备方法，其特征在于，所述钴盐、模板剂和铂源的质量比为(0.5
‑
1.5)g:(2
‑
3)g:(10
‑
50)mg；所述A溶液、B溶液和铂源溶液的体积比为(50
‑
150):(50
‑
150):(2
‑
25)。3.根据权利要求2所述的一种高电催化活性的低铂催化剂的制备方法，其特征在于，所述钴盐和铂源的质量比为(0.5
‑
1.5)g:20mg。4.根据权利要求1所述的一种高电催化活性的低铂催化剂的制备方法，其特征在于，所述的钴盐包括六水合硝酸钴；所述的模板剂包括2
‑
甲基咪唑；所述的铂源包括氯铂酸、乙酰丙酮铂或二氯化铂。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘向，李秀峰，刘建胜，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：