一种用于质子交换膜氢氧燃料电池阴极的催化剂的制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于质子交换膜氢氧燃料电池阴极的催化剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括制备PtNi纳米粒子、制备PtNi@Ni

【技术实现步骤摘要】
一种用于质子交换膜氢氧燃料电池阴极的催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及质子交换膜氢氧燃料电池
,具体是一种用于质子交换膜氢氧燃料电池阴极催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]为了解决由于化石燃料能源使用引起的全球能源消耗和环境污染日益加重的问题，可再生能源的氢能，被广泛认为是有前景的未来能源的解决方案。在利用氢能中，燃料电池汽车是实现低碳的关键，当使用可再生能源氢时，可以实现有害物的零污染零排放，因为其唯一产物是水。
[0003]燃料电池是汽车的核心部件，质子交换膜氢氧燃料电池电堆的性能、成本、耐用性极大地影响了燃料电池汽车的大规模商业化，其中电池阴极催化剂层的氧还原性能和化学稳定性对燃料电池汽车的发展至关重要。
[0004]质子交换膜氢氧燃料电池还存在技术壁垒需要解决，现有技术中一般使用含金属铂的催化剂作为质子交换膜氢氧燃料电池阴极的催化剂，催化剂中铂的含量一般较高，造成催化剂的成本高，降低了催化剂中铂的含量往往会导致催化剂的氧还原活性以及电化学稳定性降低。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种用于质子交换膜氢氧燃料电池阴极的催化剂的制备方法，实现以下专利技术目的：降低催化剂中铂的含量，同时保证催化剂的氧还原活性以及电化学稳定性。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采取以下技术方案：一种用于质子交换膜氢氧燃料电池阴极的催化剂的制备方法，所述制备方法包括制备PtNi纳米粒子、制备PtNi@Ni
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N<br/>‑
C复合材料；所述制备PtNi纳米粒子的方法为将六水合氯化镍、十二烷基硫酸钠、N，N
‑
二甲基甲酰胺、去离子水、乙二醇混合，充分溶解后，加入六水合氯铂酸，混合均匀后，升温至 178
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182℃并保持7.8
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8.2h，然后冷却到室温，离心收集得到PtNi粒子，经乙醇洗涤、离心、干燥得到PtNi纳米粒子。
[0007]所述乙醇洗涤、离心、干燥的具体工艺为乙醇洗涤三次，在8950
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9050r/min的转速下离心9
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11min，然后收集产物，58
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62℃真空干燥11.5
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12.5h。
[0008]所述六水合氯化镍和十二烷基硫酸钠的质量比为0.2
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0.25:1；所述十二烷基硫酸钠与N，N
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二甲基甲酰胺的质量体积比为0.01
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0.015g:1mL；所述N，N
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二甲基甲酰胺与去离子水的体积比为4.8
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5.2:1；所述乙二醇与去离子水的体积比为24.9
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25.2:1；所述十二烷基硫酸钠与六水合氯铂酸的质量比为3.8
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4.2:1。
[0009]所述制备PtNi@Ni
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N
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C复合材料的方法为，将含硝酸锌、氯化镍和PtNi纳米粒子的混合溶液倒入到2
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甲基咪唑溶液之中，搅拌至均匀混合，然后在 118
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122℃下加热保持3.8
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4.2小时，然后常温冷却静置11.8
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12.2小时；经甲醇洗涤、干燥后得到含有镍掺杂的
PtNi/Zn
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MOF前体；所述甲醇洗涤、干燥的具体工艺为甲醇洗涤五次，在真空干燥箱中 58
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62 ℃下干燥11.5
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12.5小时；将含有镍掺杂的PtNi/Zn
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MOF前体粉末进行研磨均匀后，再在氮气气氛中以4.8
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5.2℃每分钟的升温速率升温至897
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902℃，并在897
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902℃下热解2.9
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3.1h，然后自然冷却，再将煅烧得到的粉末材料完全浸泡在0.9
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1.1M硫酸中，48
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52℃条件下酸浸47
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49 h，经去离子水洗涤、离心、干燥后得到PtNi@Ni
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N
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C复合材料；所述去离子水洗涤、离心、干燥的具体工艺为去离子水洗涤三次，8950
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9050rmp转速，离心9
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11分钟后，收集产物，在烘箱中58
‑
62℃下干燥11.5
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12.5小时；所述含硝酸锌、氯化镍和PtNi纳米粒子的混合溶液的制备方法为将六水合硝酸锌、六水合氯化镍和甲醇，加入含有PtNi纳米粒子的溶液中，混合均匀，得到含硝酸锌、氯化镍和PtNi纳米粒子的混合溶液；所述六水合硝酸锌和六水合氯化镍的质量比为74.5
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75:1；所述六水合硝酸锌与甲醇的质量体积比为1g：18.5
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18.8mL；所述六水合硝酸锌与PtNi纳米粒子的质量比为106
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108:1。
[0010]所述含有PtNi纳米粒子的溶液为将PtNi纳米粒子加入甲醇溶液中，混合均匀，所述PtNi纳米粒子与甲醇的质量体积比为1mg:1.8
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2.2mL。
[0011]所述2
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甲基咪唑溶液为2
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甲基咪唑的甲醇溶液；所述2
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甲基咪唑和甲醇的质量体积比为1g:17.1
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17.3mL。
[0012]所述2
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甲基咪唑和六水合硝酸锌的质量比为1.07
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1.09:1。
[0013]与现有技术相比，本专利技术取得以下有益效果：本专利技术成功合成了二元 PtNi合金和石墨化的Ni
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N
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C材料复合一体的PtNi@Ni
‑
N
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C复合材料电催化剂。镍的引入不仅具有优化铂合金的应变和催化性能的作用，而且这样还可以降低铂的负载量。将PtNi合金纳米粒子负载在镍和氮共掺杂的缺陷石墨碳上，不仅可以增加协同催化的作用，使氧还原催化反应的电子传输路径得到了很好的改善，而且Ni
‑
N
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C的石墨碳结构还可以使材料更加稳定，因此合成的PtNi@Ni
‑
N
‑
C复合材料电催化剂也具有优秀的稳定性。在碱性条件下氧还原反应电化学性能，所制备的PtNi@Ni
‑
N
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C复合材料电催化剂具有比PtNi合金材料，N
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C纳米材料，Ni
‑
N
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C纳米材料和Pt/C材料电催化剂更好的催化活性，以及比Pt/C材料电催化剂更好的稳定性。并且制备的PtNi@Ni
‑
N
‑
C复合材料具有独特包覆型纳米颗粒的杂化一体结构，并且PtNi@Ni
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于质子交换膜氢氧燃料电池阴极的催化剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括制备PtNi纳米粒子、制备PtNi@Ni
‑
N
‑
C复合材料；所述制备PtNi纳米粒子的方法为将六水合氯化镍、十二烷基硫酸钠、N，N
‑
二甲基甲酰胺、去离子水、乙二醇混合，充分溶解后，加入六水合氯铂酸，混合均匀后，升温至 178
‑
182℃并保持7.8
‑
8.2h，然后冷却到室温，离心收集得到PtNi粒子，经乙醇洗涤、离心、干燥得到PtNi纳米粒子。2.根据权利要求1所述的一种用于质子交换膜氢氧燃料电池阴极的催化剂的制备方法，其特征在于：所述六水合氯化镍和十二烷基硫酸钠的质量比为0.2
‑
0.25:1；所述十二烷基硫酸钠与N，N
‑
二甲基甲酰胺的质量体积比为0.01
‑
0.015g:1mL；所述N，N
‑
二甲基甲酰胺与去离子水的体积比为4.8
‑
5.2:1；所述乙二醇与去离子水的体积比为24.9
‑
25.2:1；所述十二烷基硫酸钠与六水合氯铂酸的质量比为3.8
‑
4.2:1。3.根据权利要求1所述的一种用于质子交换膜氢氧燃料电池阴极的催化剂的制备方法，其特征在于：所述制备PtNi@Ni
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N
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C复合材料的方法为，将含硝酸锌、氯化镍和PtNi纳米粒子的混合溶液倒入到2
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甲基咪唑溶液之中，搅拌至均匀混合，然后在 118
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122℃下加热保持3.8
‑
4.2小时，然后常温冷却静置11.8
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12.2小时；经甲醇洗涤、干燥后得到含有镍掺杂的PtNi/Zn
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MOF前体；将含有镍掺杂的PtNi/Zn
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MOF前体粉末进行研磨均匀后，再在氮气气氛中以4....

【专利技术属性】
技术研发人员：程终发，王东海，周荣奇，申义驰，王宁宁，华艳飞，姚娅，任真真，
申请(专利权)人：山东泰和科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：