负载Pt的ZIF-67基氢燃料电池催化剂的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种负载Pt的ZIF

【技术实现步骤摘要】
负载Pt的ZIF
‑
67基氢燃料电池催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及催化剂材料
，尤其涉及一种负载Pt的ZIF
‑
67基氢燃料电池催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池（PEMFC）被认为是高转化率、高能量密度、零排放、零污染的新能源动力转化装置，电池中的氧化或还原反应速率很大程度上取决于电催化剂，电催化剂的性能决定了燃料存储化学能转化为电能的转换效率。研究表明，铂（Pt）基催化剂是用于氢燃料电池（H2‑
PEMFC）中最有效的高活性催化剂，Pt基催化剂在电池运行过程中会发生纳米Pt颗粒的溶解、迁移、团聚，使催化活性降低，从而导致电池输出效率降低、性能发生衰减。目前，提高Pt基催化剂稳定性与催化活性的主要方法是对Pt基催化剂中的组分结构进行调整，如通过高氧化还原电位的金属修饰纳米Pt颗粒，增加Pt颗粒在载体上的分散度来提高催化剂的稳定性，或调整Pt原子表面电子结构来提高Pt原子利用率，从而提高电催化转化效率。
[0003]现有技术中，申请号为CN202110701002.3，公开日期为2021年9月21日，名称为“钴修饰的碳载超细铂纳米合金催化剂的制备方法”的专利技术专利中公开了一种钴修饰的碳载超细铂纳米合金催化剂，上述技术方案中通过先使用过渡金属钴修饰有机骨架制备催化剂载体前驱体，经高温活化后采用液相还原浸渍吸附铂纳米粒子颗粒负载在载体表面，制得铂钴合金结构纳米催化剂。但是，上述方法在向催化剂中负载铂纳米粒子，当铂纳米粒子的负载量超过载体所能担载限度后，铂纳米粒子会出现团聚，致使催化剂中的铂纳米粒子粒径分布范围过宽，影响催化剂的催化效率。
[0004]其次，现有技术中，申请号为CN202110701002.3，公开日期为2021年9月21日，名称为“钴修饰的碳载超细铂纳米合金催化剂的制备方法”的专利申请文件中通过先制备载体钴碳材料，再利用液相还原浸渍吸附将铂纳米粒子颗粒负载在载体表面，以提高催化剂的催化活性。但是，上述过程中负载的铂纳米颗粒与载体之间以静电吸附的方式结合，二者之间的结合作用有限，使用过程仍无法避免铂纳米颗粒发生迁移。
[0005]有鉴于此，有必要设计一种改进的负载Pt的ZIF
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67基氢燃料电池催化剂的制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种负载Pt的ZIF
‑
67基氢燃料电池催化剂的制备方法。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种负载Pt的ZIF
‑
67基氢燃料电池催化剂的制备方法，包括如下步骤：S1、将硝酸钴和2
‑
甲基咪唑分别溶于第一有机溶液中，得到硝酸钴溶液和2
‑
甲基咪唑溶液，再将所述2
‑
甲基咪唑溶液缓慢倒入所述硝酸钴溶液中，在温度为120
‑
150℃的环境下，水热反应10
‑
24h；反应所得产物用第二有机溶液洗涤后经离心处理，再经50
‑
80℃温
度下干燥3
‑
5h，得到ZIF
‑
67粉末；在惰性气体保护下，将所述ZIF
‑
67粉末在温度为300
‑
700℃的环境中热处理2
‑
5h，煅烧结束后，将产物研磨，并将研磨得到的粉末与氧化性溶液混合，磁力搅拌1
‑
3h，过滤洗涤，冷冻干燥，即制得经过预处理的载体；S2、将步骤S1中制得的所述载体加入氯铂酸溶液中，超声1
‑
3h，以使载体在溶液中分散完全；然后，缓慢加入第一还原溶液，磁力搅拌1
‑
3h，使所述氯铂酸溶液中的铂离子转化为可热还原分解的铂盐化合物，然后，再向反应体系中缓慢滴加第二还原溶液和分散剂的混合液，滴加时间为2
‑
30min；反应完成后，将收集到的固体产物冷冻干燥、研磨后，在惰性气体保护下，在温度为300
‑
700℃的环境中热处理2
‑
5h，使所述铂盐化合物热还原分解为单质Pt，从而制得负载Pt的ZIF
‑
67基氢燃料电池催化剂，催化剂中Pt颗粒的粒径为3.0
‑
5.0nm。
[0008]优选的，在步骤S1中，所述氧化性溶液为过氧化氢、过氧乙酸、过硫酸铵中的一种或几种，所述氧化性溶液的质量百分数为10
‑
30%。
[0009]优选的，在步骤S1中，所述ZIF
‑
67粉末与所述氧化性溶液混合过程中所述ZIF
‑
67粉末的加入量为5
‑
10mg/mL。
[0010]优选的，在步骤S2中，所述第一还原溶液和所述第二还原溶液的浓度为1.5
‑
5.0mg/mL；所述第一还原溶液和所述第二还原溶液均为抗坏血酸、抗坏血酸盐、甲醛、水合肼、硼氢化金属盐、氯化铵中的一种或几种，且加入的所述第一还原溶液和所述第二还原溶液中的发挥还原作用的物质的含量为理论使用量的1.0
‑
1.2倍。
[0011]优选的，在步骤S2中，所述分散剂为明胶、聚乙二醇、聚乙烯醇、PVP、PVA、柠檬酸盐和季铵盐中的一种或几种，所述分散剂的浓度为1.5
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2.5mg/mL。
[0012]优选的，在步骤S1中，所述2
‑
甲基咪唑溶液的浓度为0.005
‑
50mg/mL，所述硝酸钴溶液的浓度为0.5
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30mg/mL。
[0013]优选的，在步骤S1中，所述第一有机溶液为甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、异丙醇和N，N
‑
二甲基甲酰胺、N，N
‑
二甲基乙酰胺、二乙基甲酰胺中的一种或几种。
[0014]优选的，所述惰性气体为氩气、氮气、氦气中的一种或几种。
[0015]优选的，所述热处理采用如下方式进行：以5
‑
30℃/min的升温速率从25℃升温至300℃，并在300℃保温0.5
‑
1.0h；再以5
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30℃/min的升温速率从300℃升温至500℃，保温0.5
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1.0h；最后，以5
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30℃/min的升温速率从500℃升温至700℃，保温1.0
‑
3.0h。
[0016]优选的，在步骤S1中，所述第二有机溶液为N，N
‑
二甲基甲酰胺、N，N
‑
二甲基乙酰胺、二乙基甲酰胺中的一种或几种。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]1、本专利技术提供的负载Pt的ZIF
‑
67基氢燃料电池催化剂的制备方法，通过先基于ZIF
‑
67这一金属有机框架材料，制得具有ZIF
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载Pt的ZIF
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67基氢燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将硝酸钴和2
‑
甲基咪唑分别溶于第一有机溶液中，得到硝酸钴溶液和2
‑
甲基咪唑溶液，再将所述2
‑
甲基咪唑溶液缓慢倒入所述硝酸钴溶液中，在温度为120
‑
150℃的环境下，水热反应10
‑
24h；反应所得产物用第二有机溶液洗涤后经离心处理，再经50
‑
80℃温度下干燥3
‑
5h，得到ZIF
‑
67粉末；在惰性气体保护下，将所述ZIF
‑
67粉末在温度为300
‑
700℃的环境中热处理2
‑
5h，煅烧结束后，将产物研磨，并将研磨得到的粉末与氧化性溶液混合，磁力搅拌1
‑
3h，过滤洗涤，冷冻干燥，即制得经过预处理的载体；S2、将步骤S1中制得的所述载体加入氯铂酸溶液中，超声1
‑
3h，以使载体在溶液中分散完全；然后，缓慢加入第一还原溶液，磁力搅拌1
‑
3h，使所述氯铂酸溶液中的铂离子转化为可热还原分解的铂盐化合物，然后，再向反应体系中缓慢滴加第二还原溶液和分散剂的混合液，滴加时间为2
‑
30min；反应完成后，将收集到的固体产物冷冻干燥、研磨后，在惰性气体保护下，在温度为300
‑
700℃的环境中热处理2
‑
5h，使所述铂盐化合物热还原分解为单质Pt，从而制得负载Pt的ZIF
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67基氢燃料电池催化剂，催化剂中Pt颗粒的粒径为3.0
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5.0nm。2.根据权利要求1所述的负载Pt的ZIF
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67基氢燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述氧化性溶液为过氧化氢、过氧乙酸、过硫酸铵中的一种或几种，所述氧化性溶液的质量百分数为10
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30%。3.根据权利要求1所述的负载Pt的ZIF
‑
67基氢燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述ZIF
‑
67粉末与所述氧化性溶液混合过程中所述ZIF
‑
67粉末的加入量为5
‑
10mg/mL。4.根据权利要求1所述的负载Pt的ZIF
‑
67基氢燃料电...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴国玉，郑晔，高金昌，邢志军，
申请(专利权)人：长春黄金研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：