N，S掺杂多孔碳负载铂合金纳米颗粒的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种N，S掺杂多孔碳负载铂合金纳米颗粒的制备方法，涉及燃料电池催化技术领域。包括如下步骤：步骤1、将5

【技术实现步骤摘要】
N，S掺杂多孔碳负载铂合金纳米颗粒的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及燃料电池催化
，尤其涉及一种N，S掺杂多孔碳负载铂合金纳米颗粒的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]为了促进燃料电池技术的大规模应用，必须开发高活性的氧还原反应催化剂。目前，催化活性最高的催化剂仍然是铂基催化剂，开发低铂载量且高活性的催化剂成为该领域的研究重点。在铂基催化剂中，铂的晶型和颗粒大小对催化活性有着至关重要的影响。通过合理设计和方法调控，开发具有丰富活性晶面的铂基催化剂，在保证高活性的前提下降低铂载量，对促进铂基催化剂的商业化应用具有十分重要的意义。
[0003]多孔碳是一种具有高表面积、质轻且化学稳定的材料，是铂纳米颗粒的良载体。与其他碳载体相比，介孔碳负载铂合金具有以下几个优势：(1)丰富的孔结构可以对纳米颗粒形成限域作用，减少颗粒的团聚；(2)大的比表面积有利于暴露更多活性位点，同时促进传质，对提高催化剂活性有很好的促进作用。(3)碳材料廉价易得，制备成本低。目前，已有很多制备方法被报道用于制备碳载铂基复合催化剂，如溶胶
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凝胶法、溶剂热法、KCl辅助退火法、金属
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有机骨架限制共还原法等。但是，这些制备方法在制备过程中仍然存在以下问题：
[0004](1)制备过程中铂金属颗粒容易团聚，影响催化活性；
[0005](2)宏量制备难度大、制备成本高，限制了实际应用；
[0006](3)催化剂中Pt质量比活性低。
[0007]因此，本领域的技术人员致力于开发一种易于宏量制备、铂金属颗粒不易团聚且具有高氧还原催化活性的铂基复合催化剂。

技术实现思路

[0008]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是开发一种易于宏量制备、铂金属颗粒分布均匀且具有高催化活性的铂基复合催化剂。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了一种N，S掺杂多孔碳负载铂合金纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：
[0010]步骤1、将5
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氨基
‑2‑
巯基苯并咪唑溶解于盐酸水溶液中，剧烈搅拌，滴加氧化剂，进行氧化聚合反应，得到聚5
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氨基
‑2‑
巯基苯并咪唑；
[0011]步骤2、将步骤(1)制备得到的聚5
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氨基
‑2‑
巯基苯并咪唑置于管式炉中，惰性气氛条件下，热解制备得到N，S共掺杂多孔碳材料NSPC；
[0012]步骤3、将步骤(2)制备得到的N，S共掺杂多孔碳材料NSPC加入水溶液中，超声分散；随后，加入铂盐和过渡金属盐前驱体，搅拌、减压蒸馏、干燥后转移至管式炉高温煅烧，制得N，S共掺杂多孔碳负载铂合金纳米颗粒复合材料。
[0013]在本专利技术的较佳实施方式中，步骤1中，所述氧化剂为过硫酸铵。
[0014]在本专利技术的较佳实施方式中，所述5
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氨基
‑2‑
巯基苯并咪唑与过硫酸铵的质量比
为1：3。
[0015]在本专利技术的较佳实施方式中，步骤1中，所述盐酸水溶液的浓度为0.1mol/L，反应温度为室温，反应时间为4
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10h，优选反应时间为8h。
[0016]在本专利技术的另一较佳实施方式中，步骤2中，热解温度为800
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1000℃，热解时间大于1h，优选，热解温度为900℃，热解时间为2h。
[0017]进一步的，步骤2中，管式炉的升温速率为2℃/min。
[0018]在本专利技术的另一较佳实施方式中，步骤3中，所述N，S共掺杂多孔碳材料NSPC与水溶液的质量体积比为1:3。
[0019]进一步的，步骤3中，所述铂盐为氯铂酸钠，所述过渡金属盐前驱体为氯化钴、氯化铜、氯化铁、氯化镍中的任意一种。
[0020]进一步的，步骤3中，高温煅烧气氛为氩氢混合气，所述氩氢混合气中含有体积为5％的H2和体积为95％的Ar，煅烧温度为600℃，煅烧时间大于1h，优选煅烧时间2为2h。
[0021]此外，本专利技术还公开了一种由上述方法制备得到的N，S掺杂多孔碳负载铂合金纳米颗粒在电催化氧还原反应中的应用。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0023](1)在碳材料中引入杂原子N，S，构筑N，S共掺杂多孔碳，并以此为载体制备碳载铂基催化剂，不仅可以调控碳骨架的电子云密度，同时其更低的电负性可以用于锚定铂纳米颗粒，增强载体与铂纳米颗粒相互作用，减少铂的团聚并提高催化活性，制备得到的铂合金纳米颗粒粒径主要集中在3
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5nm，分布均匀，对提高催化剂的性能有很好的促进作用；
[0024](2)本专利技术制备方法简单，制备成本低，容易实现宏量制备；
[0025](3)本专利技术通过调控铂合金纳米颗粒的晶型和大小，可以提高铂的本征活性和有效活性面积，使得低铂载量催化剂的活性超越商业70％ Pt/C催化剂。
[0026]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0027]图1是本专利技术的一个较佳实施例1中PtCo合金催化剂的X射线衍射谱图；
[0028]图2是本专利技术的一个较佳实施例1中PtCo合金催化剂的氮气物理吸/脱附曲线；
[0029]图3是本专利技术的一个较佳实施例1中PtCo合金催化剂的透射电镜照片；
[0030]图4是本专利技术的一个较佳实施例1中PtCo合金催化剂与商业70wt％Pt/C催化剂在0.1M HClO4电解质中的氧还原极化曲线；
[0031]图5是本专利技术的一个较佳实施例2中PtCu3合金催化剂与商业70wt％Pt/C催化剂在0.1M HClO4电解质中的氧还原极化曲线。
具体实施方式
[0032]以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
[0033]在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以
相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本专利技术并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
[0034]实施例1
[0035](a)称取1g的5
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氨基
‑2‑
巯基苯并咪唑溶解于250ml的0.1M盐酸水溶液中。随后，滴加含有3g过硫酸铵氧化剂的水溶液，剧烈搅拌。溶液逐渐从无色变为棕色。反应8h后，将所得棕色悬浮液抽滤并用去离子水和乙醇洗涤三次，真空干燥，得到聚5
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氨基
‑2‑
巯基苯并咪唑。
[0036](b)将300mg聚5
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氨基
‑2‑
巯基苯并咪唑置于刚玉瓷舟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种N，S掺杂多孔碳负载铂合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、将5
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氨基
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巯基苯并咪唑溶解于盐酸水溶液中，剧烈搅拌，滴加氧化剂，进行氧化聚合反应，得到聚5
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氨基
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巯基苯并咪唑；步骤2、将步骤(1)制备得到的聚5
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氨基
‑2‑
巯基苯并咪唑置于管式炉中，惰性气氛条件下，热解制备得到N，S共掺杂多孔碳材料NSPC；步骤3、将步骤(2)制备得到的N，S共掺杂多孔碳材料NSPC加入水溶液中，超声分散；随后，加入铂盐和过渡金属盐前驱体，搅拌、减压蒸馏、干燥后转移至管式炉高温煅烧，制得N，S共掺杂多孔碳负载铂合金纳米颗粒复合材料。2.如权利要求1所述的N，S掺杂多孔碳负载铂合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述氧化剂为过硫酸铵。3.如权利要求2所述的N，S掺杂多孔碳负载铂合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述5
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氨基
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巯基苯并咪唑与过硫酸铵的质量比为1：3。4.如权利要求1所述的N，S掺杂多孔碳负载铂合金纳米颗粒的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄小东，柯长春，孙文，陆陈宝，朱金辉，张波，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：