一种富含缺陷的铂基纳米片催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于燃料电池技术领域，公开了一种富含缺陷的铂基纳米片催化剂及其制备方法和应用。本发明专利技术通过将铂源、过渡金属源和熔融态的碱金属硝酸盐进行混合反应，经去除碱金属硝酸盐后再进行还原处理，得到富含缺陷的铂基纳米片催化剂，利用铂与过渡金属形成合金以后不仅可以减少贵金属铂的用量，同时还可以显著地提高催化剂在甲醇电氧化过程中的抗中毒能力，同时催化剂含有丰富的晶体缺陷，其甲醇电氧化催化活性显著高于传统商业化铂碳催化剂。催化活性显著高于传统商业化铂碳催化剂。催化活性显著高于传统商业化铂碳催化剂。

【技术实现步骤摘要】
一种富含缺陷的铂基纳米片催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于燃料电池
，特别涉及一种富含缺陷的铂基纳米片催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]燃料电池具有能量转化效率高、安全可靠等优点受到的关注越来越多。而直接甲醇燃料电池使用高能量密度、低污染、使用便捷、便于储存和运输的液体甲醇作为燃料，从而被认为更加适合用于混合动力汽车和便携式电源。
[0003]目前，贵金属铂是最好的甲醇氧化催化剂。然而，铂的储量稀缺，价格昂贵、成本高，稳定性差，同时商业化铂碳催化剂对甲醇催化氧化动力学缓慢，并且在催化过程中容易被中间产物毒化，极大的阻碍了直接甲醇燃料电池的发展。
[0004]因此，如何减少铂的使用量以及制备出能够提高催化活性的催化剂是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提供一种富含缺陷的铂基纳米片催化剂及其制备方法，该富含缺陷的铂基纳米片催化剂含有丰富的晶体缺陷，其甲醇电氧化催化活性显著高于传统商业化铂碳催化剂，且其制备方法简单便捷，能减少铂的使用量。
[0006]本专利技术的第一方面提供一种富含缺陷的铂基纳米片催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将碱金属硝酸盐加热到熔点以上，得到熔融态的碱金属硝酸盐；
[0008]S2、将铂源、过渡金属源和所述熔融态的碱金属硝酸盐进行混合，反应得到混合物；所述混合物包括碱金属硝酸盐和铂基复合氧化物；
[0009]S3、将所述混合物加水混合，离心，收集沉淀物置于还原性气氛中进行还原处理，得到所述富含缺陷的铂基纳米片催化剂；所述沉淀物中不含有碱金属硝酸盐。
[0010]优选地，所述碱金属硝酸盐和所述铂源的质量比为100:(1
‑
10)。
[0011]优选地，所述碱金属硝酸盐和所述铂源的质量比为100:(2
‑
5)。
[0012]优选地，所述铂源和所述过渡金属源的质量比为10:(1
‑
100)。
[0013]优选地，所述铂源和所述过渡金属源的质量比为10:(1
‑
5)。
[0014]优选地，所述反应的时间为1
‑
60min。
[0015]优选地，所述反应的时间为2
‑
10min。
[0016]优选地，所述碱金属硝酸盐包括硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸铷中的至少一种；所述铂源包括氯铂酸、氯铂酸钠、氯铂酸钾、氯化亚铂酸钠、氯化亚铂酸钾中至少一种；所述过渡金属源包括铁金属盐、钴金属盐、镍金属盐、铜金属盐中至少一种。
[0017]优选地，所述还原性气氛包括氢气、一氧化碳、氨气中的至少一种。
[0018]优选地，所述还原处理的温度为100
‑
300℃，时间为5
‑
30min。
[0019]优选地，所述还原处理的温度为200
‑
300℃，时间为10
‑
20min。
[0020]优选地，在将所述混合物用水溶解前，还包括步骤：将所述混合物冷却至室温。
[0021]本专利技术的第二方面提供一种富含缺陷的铂基纳米片催化剂，采用本专利技术所述的制备方法制得，所述富含缺陷的铂基纳米片催化剂具有二维纳米片结构，所述二维纳米片结构上分布有晶体缺陷。
[0022]本专利技术的第三方面提供本专利技术所述的富含缺陷的铂基纳米片催化剂在直接甲醇燃料电池的阳极电催化甲醇氧化反应中的应用。
[0023]本专利技术的第四方面提供一种直接甲醇燃料电池，在所述直接甲醇燃料电池中，包括本专利技术所述的富含缺陷的铂基纳米片催化剂。
[0024]相对于现有技术，本专利技术的有益效果如下：
[0025](1)本专利技术通过将铂源、过渡金属源和熔融态的碱金属硝酸盐进行混合反应，经去除碱金属硝酸盐后再进行还原处理，得到富含缺陷的铂基纳米片催化剂，利用铂与过渡金属形成合金以后不仅可以减少贵金属铂的用量，同时还可以显著地提高催化剂在甲醇电氧化过程中的抗中毒能力，同时在晶体缺陷位置的原子配位数的改变也能够显著地提升催化剂中活性位点的本征催化活性。
[0026](2)本专利技术的制备方法简单便捷，条件可控，效率高，贵金属利用率高，碱金属硝酸盐可回收重复使用，成本低，适合大规模生产。
[0027](3)本专利技术制得的富含缺陷的铂基纳米片催化剂含有丰富的晶体缺陷，其甲醇电氧化催化活性显著的高于商业化铂碳催化剂。
附图说明
[0028]图1为本专利技术富含缺陷的铂基纳米片催化剂的制备方法的流程示意图；
[0029]图2为实施例1制备的Pt
50
Ni
50
纳米片催化剂的扫描电镜图；
[0030]图3为实施例2制备的Pt
75
Cu
25
纳米片催化剂的扫描电镜图；
[0031]图4为对比例2制备的Pt
50
Ni
50
催化剂的扫描电镜图；
[0032]图5为对比例3制备的Pt
50
Ni
50
催化剂的扫描电镜图；
[0033]图6为对比例4制备的钌纳米片催化剂的扫描电镜图；
[0034]图7为实施例1制备的Pt
50
Ni
50
纳米片催化剂的透射电镜图；
[0035]图8为实施例2制备的Pt
75
Cu
25
纳米片催化剂的透射电镜图；
[0036]图9为对比例2制备的Pt
50
Ni
50
催化剂的透射电镜图；
[0037]图10为对比例3制备的Pt
50
Ni
50
催化剂的透射电镜图；
[0038]图11为对比例4制备的钌纳米片催化剂的透射电镜图；
[0039]图12为实施例1、实施例2、对比例1
‑
4的催化剂分别在0.5M硫酸+0.5M甲醇电解液中的循环伏安曲线比较图。
具体实施方式
[0040]为了让本领域技术人员更加清楚明白本专利技术所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本专利技术要求的保护范围不构成限制作用。
[0041]以下实施例中所用的原料、试剂、装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
[0042]本专利技术中的室温是指25
±
5℃。
[0043]如图1所示，本专利技术提供的富含缺陷的铂基纳米片催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0044]S1、将碱金属硝酸盐加热到熔点以上，得到熔融态的碱金属硝酸盐；
[0045]S2、将铂源、过渡金属源和熔融态的碱金属硝酸盐进行混合，反应得到混合物；混合物包括碱金属硝酸盐和铂基复合氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富含缺陷的铂基纳米片催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将碱金属硝酸盐加热到熔点以上，得到熔融态的碱金属硝酸盐；S2、将铂源、过渡金属源和所述熔融态的碱金属硝酸盐进行混合，反应得到混合物；所述混合物包括碱金属硝酸盐和铂基复合氧化物；S3、将所述混合物加水混合，离心，收集沉淀物置于还原性气氛中进行还原处理，得到所述富含缺陷的铂基纳米片催化剂；所述沉淀物中不含有碱金属硝酸盐。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱金属硝酸盐和所述铂源的质量比为100:(1
‑
10)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铂源和所述过渡金属源的质量比为10:(1
‑
100)。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应的时间为1
‑
60min。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱金属硝酸盐包括硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸铷中的至少一种；...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志亮，杨少轩，张信义，
申请(专利权)人：佛山仙湖实验室，
类型：发明
国别省市：