一种氧还原用催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧还原用催化剂及其制备方法，该催化剂包括炭载体和负载在所述炭载体上的金属组分Pt，所述炭载体为以蓖麻籽壳为原料制备得到的炭载体。其中制备所述炭载体的方法包括：将蓖麻籽壳经热解处理、石墨化处理、磷掺杂处理和氮掺杂处理，得到所述炭载体。本发明专利技术的以包括炭载体和负载在所述炭载体上的金属组分Pt，且所述炭载体以蓖麻籽壳为原料制备而来的氧还原用催化剂，在电化学性能测试中，具有明显高的质量比活性、电化学活性面积和30k圈的耐久性，在Pt含量为40％时即可实现商业中Pt含量为60％的催化效果，具有明显提高的电催化活性性能。的电催化活性性能。的电催化活性性能。

【技术实现步骤摘要】
一种氧还原用催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于催化剂制备
，具体涉及一种氧还原用催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]氢燃料电池的阴极和阳极均需要用到铂炭催化剂，阳极上的HOR(hydrogen oxidation reaction，氢氧化反应)的动力学非常快，即使对于非常低的催化剂负载，电压损失也很小，而阴极需要高的催化剂负载来催化缓慢和限速的ORR(oxygen reduction reaction，氧还原反应)，因此目前绝大数研究工作都集中在氧还原催化剂上。商业燃料电池中常用氧还原催化剂是50～70％Pt/C，但是催化剂铂含量高、铂金属价格昂贵，限制了燃料电池大规模应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种氧还原用催化剂及其制备方法。本专利技术的以包括炭载体和负载在所述炭载体上的金属组分Pt，且所述炭载体为以蓖麻籽壳为原料制备得到的炭载体的氧还原用催化剂，在电化学性能测试中，具有明显高的质量比活性、电化学活性面积和30k圈的耐久性，在Pt含量为40％时即可实现商业中Pt含量为60％的催化效果，具有明显提高的电催化活性性能。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种氧还原用催化剂，其特征在于，包括炭载体和负载在所述炭载体上的金属组分Pt，所述炭载体为以蓖麻籽壳为原料制备得到的炭载体。
[0005]上述氧还原用催化剂，其特征在于，制备所述炭载体的方法包括：将蓖麻籽壳经热解处理、石墨化处理、磷掺杂处理和氮掺杂处理，得到所述炭载体。
[0006]上述氧还原用催化剂，其特征在于，所述热解处理包括：将蓖麻籽壳于真空条件下在温度为600℃～1000℃进行1h～8h的热解处理。
[0007]上述氧还原用催化剂，其特征在于，所述石墨化处理包括：将热解处理后物料于真空条件下在温度为1000℃～2000℃进行5h～36h的石墨化处理。
[0008]上述氧还原用催化剂，其特征在于，所述磷掺杂处理包括：将石墨化处理后物料置于含磷化合物溶液中于80℃～100℃搅拌8h～24h；所述含磷化合物溶液中含磷化合物的浓度为20wt.％～60wt.％；所述含磷化合物为磷酸、磷酸二氢钠或氨基三甲叉膦酸。
[0009]上述氧还原用催化剂，其特征在于，所述氮掺杂处理包括：将磷掺杂处理后物料置于含氮化合物溶液中，在1MPa～5MPa氮气气氛中，于80℃～200℃进行4h～12h的搅拌；所述含氮化合物溶液中含氮化合物的浓度为20wt.％～60wt.％；所述含氮化合物为氨水、氯化铵或三聚氰胺。
[0010]此外，本专利技术还提供一种制备上述氧还原用催化剂的方法，包括：将所述炭载体、氯铂酸和聚乙烯吡咯烷酮溶解于乙醇
‑
异丙醇混合溶液中，回流，冷却，过滤，洗涤至无氯离子，干燥，得到氧还原用催化剂。
[0011]上述的方法，其特征在于，所述氯铂酸的质量为炭载体质量的1.78倍，所述聚乙烯吡咯烷酮的质量为炭载体质量的1/3倍。
[0012]上述的方法，其特征在于，所述回流的温度为110℃。
[0013]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0014]1、本专利技术提供给一种氧还原用催化剂，该氧还原用催化剂为以包括炭载体和负载在所述炭载体上的金属组分Pt，且所述炭载体为以蓖麻籽壳为原料制备得到的炭载体的氧还原用催化剂，在电化学性能测试中，具有明显高的质量比活性、电化学活性面积和30k圈的耐久性，在Pt含量为40％时即可实现商业中Pt含量为60％的催化效果，具有明显提高的电催化活性性能。
[0015]2、本专利技术制备上述氧还原催化剂的方法简单，利于推广应用，其中以蓖麻籽壳为原料，可有效避免传统因焚烧处理蓖麻籽壳造成的资源浪费和环境污染。
[0016]下面结合附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
[0017]说明书附图
[0018]图1为实施例5中步骤四氮磷共掺杂炭载体和步骤二石墨化炭材料的XPS谱图。
[0019]图2为实施例5的催化剂的透射电子显微镜图。
[0020]图3为对比例1的催化剂的透射电子显微镜图。
[0021]图4为对比例2的催化剂的透射电子显微镜图。
具体实施方式
[0022]本专利技术提供一种氧还原用催化剂。通过将蓖麻籽壳经炭化、石墨化和磷氮掺杂，得到炭载体，并以该炭载体为载体负载金属组分Pt，得到氧还原用催化剂，炭材料骨架架构中掺杂有磷氮元素，可打破相邻碳原子电中性，增加缺陷位点，具有增强的吸附氧气分子能力，在Pt含量为40％时即可实现商业中Pt含量为60％的催化效果，具有显著提高的电催化活性，可有效促进氧还原反应的进行。
[0023]下列实施例中所用试剂和材料均为市售可得，下列实施例中未注明具体条件的实验方法均按照常规方法和条件进行。
[0024]实施例1
[0025]本实施例提供一种氧还原用催化剂，包括炭载体和负载在所述炭载体上的金属组分Pt，所述催化剂中金属组分Pt的质量百分含量为40％，所述炭载体为以蓖麻籽壳为原料制备得到的炭载体。
[0026]本实施例还提供一种制备上述氧还原用催化剂的方法，包括：
[0027]步骤一、真空条件下，将100g清洗烘干后的蓖麻籽壳于600℃高温炉中进行1h热解处理，得到炭化料73.6g；
[0028]步骤二、真空条件下，将20g步骤一所述炭化料于1000℃高温炉中进行5h石墨化处理，得到石墨化炭材料15g；
[0029]步骤三、取10g步骤二所述石墨化炭材料置于100ml浓度为20wt.％的磷酸水溶液中，于80℃搅拌8h，过滤，得到截留物，将所述截留物于100℃烘干12h，得到磷掺杂炭载体10.2g；所述搅拌的速率为600rpm；
[0030]步骤四、取10g步骤三所述磷掺杂炭载体置于250ml反应釜中，加入100mL浓度为
20wt.％的三聚氰胺溶液，向所述反应釜中充入氮气至1MPa以置换空气，重复置换三次后，充氮气至1MPa并保持，将所述反应釜升温至80℃进行4h的搅拌，过滤，得到截留物，将所述截留物于100℃烘干12h，得到氮磷共掺杂炭载体11g；所述反应釜可以为磁力不锈钢反应釜；所述搅拌的速率为600rpm；
[0031]步骤五、将3g步骤四所述氮磷共掺杂炭载体、5.333g氯铂酸和1g聚乙烯吡咯烷酮溶解于100g乙醇
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异丙醇混合溶液中，搅拌6h后升温至110℃回流5h，冷却，过滤，洗涤至无氯离子，于60℃真空烘箱中干燥12h，得到氧还原用催化剂；所述乙醇
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异丙醇混合溶液中乙醇为43.4g，异丙醇为56.6g；所述搅拌的速率为600rpm；所述聚乙烯吡咯烷酮为聚乙烯吡咯烷酮K30，分子量44000～54000。
[0032]实施例2
[0033]本实施例提供一种氧还原用催化剂，包括炭载体和负载在所述炭载体上的金属组分Pt，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧还原用催化剂，其特征在于，包括炭载体和负载在所述炭载体上的金属组分Pt，所述炭载体为以蓖麻籽壳为原料制备得到的炭载体。2.根据权利要求1所述氧还原用催化剂，其特征在于，制备所述炭载体的方法包括：将蓖麻籽壳经热解处理、石墨化处理、磷掺杂处理和氮掺杂处理，得到所述炭载体。3.根据权利要求2所述氧还原用催化剂，其特征在于，所述热解处理包括：将蓖麻籽壳于真空条件下在温度为600℃～1000℃进行1h～8h的热解处理。4.根据权利要求2所述氧还原用催化剂，其特征在于，所述石墨化处理包括：将热解处理后物料于真空条件下在温度为1000℃～2000℃进行5h～36h的石墨化处理。5.根据权利要求2所述氧还原用催化剂，其特征在于，所述磷掺杂处理包括：将石墨化处理后物料置于含磷化合物溶液中于80℃～100℃搅拌8h～24h；所述含磷化合物溶液中含磷化合物的浓度为20wt.％～60wt...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈丹，颜攀敦，张洁兰，张彬雁，李岳锋，
申请(专利权)人：西安凯立新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：