【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及合金催化剂领域，具体涉及一种氮掺杂的ptni合金催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、燃料电池是一种在等温条件下，不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料和氧气中的化学能转化为电能的发电装置，具有高效、无污染、无噪声、可靠性高、模块化、对负载变化快速响应等显著优点，被誉为21世纪的主要能源之一。
2、最近二十年，采用pt金属作为催化剂，具有发电效率高、输出功率高、寿命长、噪音低、可室温启动等诸多优点的pemfc，在汽车行业得到了很好的应用，丰田、本田等商家的燃料电池汽车如雨后春笋般的涌现。2014年12月15日，由丰田所生产的燃料电池汽车mirai(未来)在日本本土上市。截至2017年10月底，该车已经在欧洲、北美、日本及阿联酋地区累计售出了4300余辆，汽车电动机的最大功率可达155马力，官方给出加满氢气后的持续历程可超过550km。值得一提的是，丰田还在今年东京车展上发布了一款燃料电池巴士，命名“sora”(天空)。对于同样走在氢燃料电池车领域前列的本田公司，于2015年推出了clarity车型，它的续航里程和动力表现比mirai还要出色，工况续航里程可达750km。早在1995年，美国时代周刊就将燃料电池技术列为21世纪十大高新技术之首。这种完全零排放的燃料电池技术对于各大汽车生产厂商而言，是一片极具潜力的产业海洋。到目前为止，大多数燃料电池的汽车应用研究都集中在pemfc，因为这种电池具有较高的功率密度，但其动力学性能却一直严重依赖pt类金属，使得电池在催化剂上就需要高额的成本花费，严重阻碍了燃
3、为降低pt的用量，提高催化剂的活性与稳定性，学者们通过pt与一些3d过渡金属(如fe、co、cu及ni等)实现合金化，制备pt-m合金来提高铂的利用率和降低催化剂的成本。合金具有两方面的作用，一方面额外加入的金属与pt具有不同的电负性，因此pt与额外金属之间有部分的电子转移，可以起到调控pt电子结构的作用。另一方面，额外的加入金属与pt具有不同的原子半径，因此与单纯的pt金属相比，pt合金具有存在应力，也可以调控pt的催化活性。因此，pt合金展现出比pt更高的orr催化活性。
4、cn106180751a公开了一种铂镍合金催化剂的制备工艺及方法，其过程是首先将氯铂酸和氯化镍按比例混合，再加入pvp，然后调节溶液ph后，加入还原剂，通过严格控制反应温度和反应时间，得到形态组织和尺寸均匀的合金催化剂，通过金属铂和金属镍间的协同作用，提高了金属的活性和电催化性能，减少了贵金属铂的使用量，降低了成本。但此工艺的缺点是在过程中使用pvp，使得铂镍合金颗粒的粒径在10-20nm之间，颗粒太大，这样会降低材料的催化剂活性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的铂镍合金颗粒的粒径大、催化剂活性差、稳定性差的问题，提供一种氮掺杂的ptni合金催化剂及其制备方法和应用，该催化剂的orr活性高、稳定性好。
2、为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种氮掺杂的ptni合金催化剂，所述催化剂包括碳载体，以及负载在所述碳载体上的氮掺杂的ptni合金；
3、所述催化剂的x射线衍射图谱中，在2θ角为41-44°范围内的特征峰具有两个分裂尖端。
4、本专利技术第二方面提供一种氮掺杂的ptni合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：
5、(1)提供含有pt源、ni源、碳源、还原剂和溶剂的分散液；
6、其中，所述溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺；
7、(2)在惰性气氛存在下，将所述分散液进行加热反应；
8、(3)将所述加热反应得到的固体产物与二氰二胺进行焙烧。
9、本专利技术第三方面提供上述制备方法制得的氮掺杂的ptni合金催化剂。
10、本专利技术第四方面提供第一方面或第三方面所述的氮掺杂的ptni合金催化剂在质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池领域或电解水反应中的应用。
11、本专利技术提供的催化剂，氮掺杂的八面体ptni合金均匀分散在碳载体的表面，合金颗粒的粒径小、分布窄，通过n元素的掺杂，使得ptni/c催化剂呈现出更高的orr活性。
12、本专利技术提供的氮掺杂的ptni合金催化剂的制备方法，通过n,n-二甲基甲酰胺(dmf)作用下的还原剂络合pt、ni离子并进行还原，能够控制ptni合金不同晶面的堆积速度，制备出具有八面体结构的ptni合金纳米颗粒，由于ptni颗粒在成核与沉淀时受到溶剂和还原剂的双重作用，纳米颗粒与碳表面结合作用很强，催化剂的稳定性得到了提升；通过n元素的掺杂，使得ptni/c催化剂呈现出更高的活性。工艺过程简单，易于工程放大。
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1.一种氮掺杂的PtNi合金催化剂，其特征在于，所述催化剂包括碳载体，以及负载在所述碳载体上的氮掺杂的PtNi合金；
2.根据权利要求1所述的催化剂，其中，所述催化剂的X射线衍射图案中，在2θ角为41-44°范围内的特征峰的两个分裂尖端各自对应的2θ角之间的差值不小于0.5°，优选地，所述2θ角之间的差值为0.5-1°；
3.根据权利要求1或2所述的催化剂，其中，以所述催化剂的总量为基准，C元素的含量为50-75wt％，Pt元素的含量为15-25wt％，Ni元素的含量为10-20wt％，N元素的含量为0.5-5wt％；
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的催化剂，其中，所述氮掺杂的PtNi合金的平均粒径为4.5-9nm，优选为5-7nm。
5.一种氮掺杂的PtNi合金催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，步骤(1)包括：
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其中，所述Pt源、Ni源、碳源和二氰二胺的用量使得，以制得的所述催化剂的总量为基准，C元素的含量为50
8.根据权利要求5-7中任意一项所述的制备方法，其中，所述还原剂的用量与Pt源的质量比为4-20：1；
9.根据权利要求5-8中任意一项所述的制备方法，其中，所述Pt源选自氯铂酸、氯铂酸钾、乙酰丙酮铂、硝酸四氨合铂、醋酸铂、醋酸四氨合铂、氯铂酸铵中的至少一种，优选为乙酰丙酮铂、硝酸四氨合铂和氯铂酸铵中的至少一种；
10.根据权利要求5-9中任意一项所述的制备方法，其中，所述溶剂中还包括极性溶剂，所述极性溶剂优选为有机醇和/或有机酸；
11.根据权利要求5-10中任意一项所述的制备方法，其中，所述加热条件包括：温度为155-165℃，优选为160-164℃；时间为4-12h，优选为6-10h；
12.权利要求5-11中任意一项所述的制备方法制得的氮掺杂的PtNi合金催化剂。
13.权利要求1-4和12中任意一项所述的氮掺杂的PtNi合金催化剂在质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池领域或电解水反应中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂的ptni合金催化剂，其特征在于，所述催化剂包括碳载体，以及负载在所述碳载体上的氮掺杂的ptni合金；
2.根据权利要求1所述的催化剂，其中，所述催化剂的x射线衍射图案中，在2θ角为41-44°范围内的特征峰的两个分裂尖端各自对应的2θ角之间的差值不小于0.5°，优选地，所述2θ角之间的差值为0.5-1°；
3.根据权利要求1或2所述的催化剂，其中，以所述催化剂的总量为基准，c元素的含量为50-75wt％，pt元素的含量为15-25wt％，ni元素的含量为10-20wt％，n元素的含量为0.5-5wt％；
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的催化剂，其中，所述氮掺杂的ptni合金的平均粒径为4.5-9nm，优选为5-7nm。
5.一种氮掺杂的ptni合金催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，步骤(1)包括：
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其中，所述pt源、ni源、碳源和二氰二胺的用量使得，以制得的所述催化剂的总量为基准，c元素的含量为50-...
【专利技术属性】
技术研发人员：王厚朋，林伟，杨雪，顾贤睿，彭茜，张家康，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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