一种碳气凝胶负载高含量铂的方法技术

本发明专利技术公开了一种碳气凝胶负载高含量铂的方法，涉及电催化剂材料制备技术领域。本发明专利技术在现有技术的基础上，通过使用特定的造孔剂PEG

【技术实现步骤摘要】
一种碳气凝胶负载高含量铂的方法


[0001]本专利技术涉及电催化剂材料制备
，具体涉及一种碳气凝胶负载高含量铂的方法。

技术介绍

[0002]铂催化剂是一种以金属铂为主要活性成分制成的催化剂的总称，常用载体为炭黑、氧化铝等。其具有催化活性高，选择性强等特点，应用领域广，主要用于燃料电池的氢气氧化、甲醇氧化、甲酸氧化以及氧气的还原等化学反应，属于十分常见的贵金属催化剂。
[0003]用在氢燃料电池的铂催化剂,铂负载量一般高达20％以上。另外，氢燃料电池用的铂催化剂要求铂纳米颗粒粒径小、粒径分布窄、载体上分散均匀,不含有害杂质(如Cl
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等)。由于小粒径的铂纳米颗粒表面能非常大，很容易团聚，因此制备铂纳米颗粒粒径小、粒径分布窄、在载体上分散均匀的铂催化剂工艺难度很大。
[0004]本课题组2020年的学位论文《铂@碳气凝胶在铝空气电池的应用》，采用了高孔隙率、高比表面积的碳气凝胶来负载高含量铂。其碳气凝胶制备过程包括如下步骤：
[0005](1)取一定量的间苯三酚、间苯二酚和甲醛溶于超纯水，配制PRF前驱体溶液。
[0006](2)将配制好的前驱体溶液倒入含白油和表面活性剂司班80的烧瓶中，其中白油与司班80和前驱体溶液的体积比分别为100:1和10:1。随后以1000r/min高速搅拌混合溶液30min后降低搅拌速度为200r/min，在60℃由于中反应12h。司班80作为表面活性剂和白油混合后经过高速搅拌形成大量小气泡，前驱体溶液在高速搅拌过程中进入小气泡，进而形成反相悬浮微乳液。
[0007](3)待上述反应结束后，将混合溶液倒入砂芯漏斗过滤，并用二氯甲烷反复冲洗。将得到的粉末固体室内通风处放置2天，随后在60℃的鼓风干燥箱干燥24h，得到水凝胶微球。由于前驱体溶液中的溶胶
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凝胶反应过程在微乳液中进行，待完成凝胶后为水凝胶微球。
[0008](4)将步骤(3)中的水凝胶微球放置在管式炉中，在氮气保护、950℃条件下碳化4h，得到碳气凝胶微球(CPRF)。
[0009](5)将步骤(4)中的碳气凝胶微球放置在管式炉中，在950℃条件下、利用CO2活化3h，得到活性碳气凝胶微球(ACPRF)。
[0010]而后将碳气凝胶微球(CPRF)和活性碳气凝胶微球(ACPRF)分别球磨后负载铂，但是根据其孔径分布图以及比表面积和孔体积数据不难得知，虽然ACPRF相较于CPRF有更高的总比表面积，但是可能是因为其产生大量不利于电荷传输以及铂催化性能的微孔(孔径1～4nm)。因此如何进一步同步提高碳气凝胶微球的总比表面积、介孔率等数据，对于电催化剂材料的发展是至关重要的。

技术实现思路

[0011]针对现有技术中的上述问题，本专利技术提供一种碳气凝胶负载高含量铂的方法，以
解决现有技术碳气凝胶总比表面积、介孔率矛盾的技术问题。
[0012]本专利技术采用的技术方案如下：
[0013]一种碳气凝胶负载高含量铂的方法，包括如下步骤：
[0014](1)将白油和司班80以100∶1的比例加入三颈烧瓶中形成溶剂A，并持续搅拌；
[0015](2)取间苯三酚和间苯二酚用甲醛溶解，其中，间苯三酚和间苯二酚的物质的量之比为1∶7，间苯二酚、间苯三酚总的物质的量与甲醛的物质的量之比为1∶2，并向其中加超纯水形成浅黄色透明溶液B，所述溶液B的体积是溶剂A体积的10％；
[0016](3)向溶液B中加入占其1％质量比的PEG
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100形成前驱体溶液C；
[0017](4)将前驱体溶液C加入溶剂A中，搅拌均匀后在60～80℃油浴中一边搅拌一边反应10～15小时，将得到的浑浊反应液进行抽滤，并用二氯甲烷冲洗干净，得到的无团聚粉状橘黄色固体在常温常压下静置3天后在80～100℃鼓风干燥10～15小时后取出，在950℃氮气保护下碳化4小时后得到碳气凝胶；
[0018](5)将步骤(4)所得碳气凝胶置于球磨罐中，并在球磨罐中放入锆石球磨珠，其中，直径为10mm、5mm、2mm的珠子质量比为2:10:1，球磨过程中，滴加少量乙醇混合均匀之后球磨60分钟，调节球磨频率为45Hz，球磨结束后取出在60～80℃真空环境中干燥10～15小时得到碳气凝胶粉末；
[0019](6)将铂负载于碳气凝胶粉末上。
[0020]作为优选地，步骤(5)中，所述碳气凝胶的加入量与球磨珠的质量比为1∶650。
[0021]作为优选地，步骤(6)中，将铂负载于碳气凝胶粉末的具体操作为：取硼氢化钠融入超纯水中制成硼氢化钠溶液并倒入分液漏斗中备用；向超纯水中加入氯铂酸水溶液和步骤(5)所得碳气凝胶粉末，经超声分散均匀之后形成前驱体溶液；一边搅拌，一边将硼氢化钠溶液逐滴滴加到前驱体溶液中，滴完之后维持搅拌10～15小时，随后将反应液抽滤，超纯水冲洗干净，取滤饼在60～80℃真空环境中干燥10～15小时，即可得到碳气凝胶负载铂催化剂。
[0022]作为优选地，步骤(6)中，将铂负载于碳气凝胶粉末的具体操作为：取球磨过的碳气凝胶粉末放入培养皿中平铺，滴入氯铂酸溶液后超声分散均匀，连同培养皿一起放入紫外固化炉中进行紫外还原，即可得到碳气凝胶负载铂催化剂。
[0023]更优地，所述紫外还原操作中，设置光照时间为85分钟，照射功率100％。
[0024]作为优选地，步骤(6)中，将铂负载于碳气凝胶粉末的具体操作为：向乙二醇中加入氯铂酸溶液，用氢氧化钠溶液调节pH＞13之后加入球磨过的碳气凝胶粉末，经超声分散均匀之后形成前驱体溶液；将前驱体溶液倒入三颈烧瓶中进行4小时130℃的油浴，冷至室温后缓慢滴加浓酸至pH＜3，维持搅拌12小时，随后将反应液抽滤，先用丙酮冲洗再用超纯水冲洗，取滤饼在60～80℃真空环境中干燥10～15小时后即可得到碳气凝胶负载铂催化剂。
[0025]综上所述，相比于现有技术，本专利技术具有如下优点及有益效果：
[0026]本专利技术通过使用特定的造孔剂PEG
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100，并设置特定的磨球比(直径为10mm、5mm、2mm的珠子质量比为2:10:1)，最终得到的负载高含量铂的碳气凝胶，其比表面积最高达到1029.95m2/g，孔径主要分布在10～18nm，介孔率达到92.18％，实现了总比表面积、介孔率的同步提升。
附图说明
[0027]图1为实施例1所得碳气凝胶负载铂催化剂的氮吸脱附曲线图；
[0028]图2为实施例1所得碳气凝胶负载铂催化剂的孔径分布图；
[0029]图3为实施例1所得碳气凝胶负载铂催化剂的透射电镜图；
[0030]图4为对比例1各参数所得碳气凝胶负载铂催化剂的氮吸脱附曲线图，图中，a表示PEG
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200，b表示PEG
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400，c表示PEG
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600，d表示PEG
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800；
[0031]图5为对比例1各参数所得碳气凝胶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳气凝胶负载高含量铂的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将白油和司班80以100∶1的比例加入三颈烧瓶中形成溶剂A，并持续搅拌；(2)取间苯三酚和间苯二酚用甲醛溶解，其中，间苯三酚和间苯二酚的物质的量之比为1∶7，间苯二酚、间苯三酚总的物质的量与甲醛的物质的量之比为1∶2，并向其中加超纯水形成浅黄色透明溶液B，所述溶液B的体积是溶剂A体积的10％；(3)向溶液B中加入占其1％质量比的PEG
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100形成前驱体溶液C；(4)将前驱体溶液C加入溶剂A中，搅拌均匀后在60～80℃油浴中一边搅拌一边反应10～15小时，将得到的浑浊反应液进行抽滤，并用二氯甲烷冲洗干净，得到的无团聚粉状橘黄色固体在常温常压下静置3天后在80～100℃鼓风干燥10～15小时后取出，在950℃氮气保护下碳化4小时后得到碳气凝胶；(5)将步骤(4)所得碳气凝胶置于球磨罐中，并在球磨罐中放入锆石球磨珠，其中，直径为10mm、5mm、2mm的珠子质量比为2:10:1，球磨过程中，滴加少量乙醇混合均匀之后球磨60分钟，调节球磨频率为45Hz，球磨结束后取出在60～80℃真空环境中干燥10～15小时得到碳气凝胶粉末；(6)将铂负载于碳气凝胶粉末上。2.如权利要求1所述的碳气凝胶负载高含量铂的方法，其特征在于，步骤(5)中，所述碳气凝胶的加入量与球磨珠的质量比为1∶650。3.如权利要求1所述的碳气凝胶负载高含量铂的方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王易杨，唐小迪，王子慧，易勇，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：