【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及了燃料电池催化剂的制备领域，具体涉及了n掺杂的ptm二元纳米合金催化剂的制备方法及应用。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池(pemfc)能量转换效率高，环境友好，被誉为21世纪最重要的新能源技术之一。直接甲醇燃料电池(dmfc)是一种以甲醇为阳极燃料的质子交换膜燃料电池(pemfc)，与传统氢燃料电池相比，具有安全性高、运输成本低、容积能量密度高等优点。然而，dmfc的大规模应用仍有一些关键问题需要解决，其中之一就是阳极甲醇氧化反应动力学迟缓。目前，分散在炭黑载体上的纳米级pt颗粒(pt/c)已被广泛应用于加速dmfc反应动力学，但其成本高、易co中毒、稳定性不足等问题仍严重制约着dmfc技术的发展和商业化。因此，研究出一种具有高活性和耐久性的新型催化剂至关重要。
2、先前的研究(wang,k,etal.,acscatalysis2021,11,14428-14438；zhang,l.,nanolett2023,23,5187-5193)表明，pt与非贵过渡金属m的合金化是降低催化剂成本，提高本征活性的有效策略。这是由于m的引入带来的压缩应变效应和电子转移效应导致pt的d带中心下移，从而削弱pt-m催化剂与有毒中间产物(主要是co*)吸附强度。此外，引入n原子实现对pt-m合金的n掺杂可使过渡金属m中d带收缩，费米能级附近电子密度增大，有利于m对pt原子的电子转移效应，进一步改善pt电子结构、提高催化剂的抗co毒性和本征活性。
3、然而，目前对n掺杂的ptm纳米合金催化剂的研究都较少，简单高
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：针对现有技术直接甲醇燃料电池中催化剂存在稳定性和催化活性较低的问题，提供一种n掺杂的ptm二元纳米合金催化剂的制备方法及应用，该合成方法简单，制备的ptm二元纳米合金粒径小、分布窄，甲醇氧化催化活性和稳定性与商业pt/c相比有了很大提升。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种n掺杂的ptm二元纳米合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤1、对碳载体进行预处理：将商品碳材料混合在有机溶剂中，搅拌均匀，然后依次进行水洗、干燥处理，之后在惰性气体下进行焙烧处理，最后，依次进行酸处理、洗涤、干燥和研磨处理，预处理完成；
5、步骤2、将表面活性剂、还原剂加入溶剂i中，搅拌至溶解；然后将铂金属前驱体和过渡金属前驱体，依次加入混合溶剂中，搅拌至溶解，然后在高压反应釜内180-220℃下反应1.5-3h，反应完成后依次进行洗涤，离心和干燥处理，得到第一物料；
6、步骤3、将步骤1得到的碳材料和步骤2得到的第一物料分别加入相同溶剂ii中，搅拌均匀后，将第一物料形成的混合溶液缓慢加入碳材料形成的溶液中，继续搅拌一段时间，然后超声分散，然后依次进行洗涤、离心和干燥处理，得到第二物料；
7、步骤4、将步骤3得到的第二物料在氨气气氛中进行焙烧处理，得到n掺杂ptm二元纳米合金催化剂。
8、本专利技术提供了一种n掺杂的ptm(m＝cu，fe，co，ni等)二元纳米合金催化剂的制备方法及应用。该方法首先通过溶剂热法制备ptm二元纳米合金，将其负载于经过预处理的碳载体上，再置于氨气氛中进行焙烧处理，即可得到n掺杂的ptm二元纳米合金催化剂。通过针对性调整多孔碳材料，改变不同的过度金属元素以及工艺参数，使得制备的催化剂材料用于直接甲醇燃料电池中。该制备方法操作简单，合成的n掺杂ptm颗粒与通常方法制备的n掺杂ptm纳米合金相比，尺寸更小更均匀，在甲醇电催化氧化反应中展现出远高于商业催化剂的优异活性和稳定性。
9、进一步的，所述步骤1中，所述碳载体为vulcan xc-72、ketjen 300j和blackpearl2000中的至少一种，所述的有机溶剂为丙酮；室温搅拌，搅拌时间为5-10小时。
10、进一步的，所述步骤1中，所述惰性气体为氩气、氦气或者高纯氮气，焙烧温度为200-500℃，时间为1-3小时；所述的酸处理采用的是hno3的水溶液，浓度为1-5mol/l；酸处理温度为60-80℃，时间为3-6小时。
11、进一步的，所述步骤2中，
12、当所述溶剂i为超纯水时，表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(pvp-8000)和十六烷基三甲基氯化铵(ctac)中的至少一种；还原剂为一水柠檬酸或柠檬酸钠；pt前驱体为氯铂酸，过渡金属前驱体为cu、fe、co或ni的无机金属盐；
13、当所述溶剂为dmf时，表面活性剂为pvp-8000，还原剂为盐酸羟胺，pt前驱体为乙酰丙酮铂，过渡金属前驱体为cu、fe、co或ni的乙酰丙酮盐；
14、pt前躯体或过渡金属前驱体的浓度均为0.1-0.5mol/l，pt前驱体与过渡金属前驱体的摩尔比为3:1-1:1。
15、进一步的，所述步骤2中，所述表面活性剂与还原剂的质量比为2:3，所述搅拌时间为10-20分钟；所述的高压釜中反应的时间为1.5-3小时，温度控制在180-220℃。
16、进一步的，所述步骤3中，所述溶剂ii为无水乙醇或超纯水或乙醇水等体积混合物。
17、进一步的，所述步骤4中，焙烧的温度为250-450℃，焙烧时间为1-3小时。
18、进一步的，制备得到的n掺杂的ptm二元纳米合金催化剂的粒径为3.9～4.0nm。
19、本专利技术的另一目的是为了提供上述n掺杂的ptm二元纳米合金催化剂的制备方法制备得到的产品。
20、一种如上述的n掺杂的ptm二元纳米合金催化剂的制备方法制备得到的催化剂。
21、本申请提供的催化剂，粒径小、分布窄、催化效率高、抗co耐毒性强、稳定性好，其中，在0.1mhclo4+0.5mch3oh溶液中催化甲醇，甲醇氧化比活性可达4.90macm-2，峰电流密度可达商业pt/c催化剂的6.36倍。
22、本专利技术的又一目的是为了提供上述n掺杂的ptm二元纳米合金催化剂的应用。
23、如上述催化剂在直接甲醇燃料电池中的应用。
24、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
25、1、本专利技术提供了一种n掺杂的ptm二元纳米合金催化剂的制备方法及应用，该方法首先通过溶剂热法制备ptm二元纳米合金，m为cu，fe，co或ni，将其负载于经过预处理的碳载体上，再置于氨气氛中进行焙烧处理，即可得到n掺杂的ptm二元纳米合金催化剂。通过针对性调整多孔碳材料，改变不同的过度金属元素以及工艺参数，使得制备的催化剂材料用于直接甲醇燃料电池中。该制备方法操作简单，合成的n掺杂ptm颗粒与通常方法制备的n掺杂ptm纳米合金相比，尺寸更小更均匀，在甲醇电催化氧化反应中展现出远高于商业催化剂的优异活性和稳定性。
26、2、本申请提供的催化剂，粒径小、分布窄、催化效本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种N掺杂的PtM二元纳米合金催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的N掺杂的PtM二元纳米合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述碳载体为Vulcan xc-72、Ketjen 300J和Blackpearl 2000中的至少一种，所述的有机溶剂为丙酮；室温搅拌，搅拌时间为5-10小时。
3.根据权利要求1所述的N掺杂的PtM二元纳米合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述惰性气体为氩气、氦气或者高纯氮气，焙烧温度为200-500℃，时间为1-3小时；所述的酸处理采用的是HNO3的水溶液，浓度为1-5mol/L；酸处理温度为60-80℃，时间为3-6小时。
4.根据权利要求1所述的N掺杂的PtM二元纳米合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，
5.根据权利要求1所述的N掺杂的PtM二元纳米合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，所述表面活性剂与还原剂的质量比为2:3，所述搅拌时间为10-20分钟；所述的高压釜中反应的时间为1.5-3小时，温度控制在180-2
6.根据权利要求1所述的N掺杂的PtM二元纳米合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，所述溶剂II为无水乙醇或超纯水或乙醇水等体积混合物。
7.根据权利要求1所述的N掺杂的PtM二元纳米合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，焙烧的温度为250-450℃，焙烧时间为1-3小时。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的N掺杂的PtM二元纳米合金催化剂的制备方法，其特征在于，制备得到的N掺杂PtM二元纳米合金催化剂的粒径为3.9～4.0nm。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述的N掺杂的PtM二元纳米合金催化剂的制备方法制备得到的催化剂。
10.如权利要求9所述的催化剂在直接甲醇燃料电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种n掺杂的ptm二元纳米合金催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的n掺杂的ptm二元纳米合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述碳载体为vulcan xc-72、ketjen 300j和blackpearl 2000中的至少一种，所述的有机溶剂为丙酮；室温搅拌，搅拌时间为5-10小时。
3.根据权利要求1所述的n掺杂的ptm二元纳米合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述惰性气体为氩气、氦气或者高纯氮气，焙烧温度为200-500℃，时间为1-3小时；所述的酸处理采用的是hno3的水溶液，浓度为1-5mol/l；酸处理温度为60-80℃，时间为3-6小时。
4.根据权利要求1所述的n掺杂的ptm二元纳米合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，
5.根据权利要求1所述的n掺杂的ptm二元纳米合金催化剂的制备方法，其特...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。