【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池领域，涉及一种碳载体及其制备方法与用途。
技术介绍
1、在燃料电池领域，催化剂的性能对于提高燃料电池的效率和稳定性至关重要。目前，商用催化剂主要为pt/c及其合金催化剂，其是将铂或其合金负载到碳载体上构成，可见，碳载体作为必要的支撑结构，对催化剂的性能和稳定性具有重要影响。
2、然而传统的碳载体，如石墨化碳黑、碳纤维、活性炭，由于自身的形貌和结构特点，在燃料电池的长时间运行过程中，由于碳载体的腐蚀，纳米颗粒的迁移和团聚，金属的溶解和再生长，会造成金属活性位点减少，导致催化剂性能衰减。
3、为了解决这个问题，目前已有一些技术手段被提出对碳载体的性能进行优化。例如采用新型碳载体材料，如石墨烯，碳纳米管及纳米纤维，与传统的石墨化碳黑、碳纤维和活性炭相比，新型碳载体材料具有更高的化学稳定性和耐氧化性，这些材料具有更高的比表面积和更优秀的力学性能，可以提高催化剂的附着力和稳定性；
4、除了采用新型碳载体材料外，还可以通过表面改性来提高碳载体的性能。表面改性是指通过化学或物理方法对碳载体的表面进行修饰，以提高其抗氧化性和亲水性等性能。例如，在碳载体表面引入含氧基团可以增加其亲水性和化学稳定性；表面掺杂元素，如氮掺杂可以提高碳载体的导电性和力学性能；表面涂覆氧化物或金属氧化物可以提高其抗氧化性和热稳定性等。
5、另外，制备工艺也是影响碳载体性能的重要因素。优化制备工艺可以控制碳载体的形貌、结构和孔结构等参数，从而提高其比表面积、机械强度和化学稳定性等性能。
6、
技术实现思路
1、鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种碳载体及其制备方法与用途，所述制备方法通过将石墨相c3n4、碳源与镁粉混合，进行炭化，得到带有mg的石墨化碳，然后进行酸处理，得到碳载体。通过石墨相c3n4及碳源的配合，可以显著提升载体产率，利于扩大化使用和生产；碳载体原位进行氮掺杂，可以有效提升载体与金属之间的锚定作用，利于金属纳米颗粒负载；同时，利用过渡金属mg，实现低温催化还原石墨化，提升石墨化程度，本专利技术为制备高抗腐蚀碳载体及高耐久性催化剂提供了一条新途径。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种碳载体的制备方法，所述制备方法包括：
4、将石墨相c3n4、碳源与镁粉混合，进行炭化，得到带有mg的石墨化碳，然后进行酸处理，得到碳载体。
5、本专利技术采用了一种新方法，使用石墨相c3n4作为一次碳源及氮源，并添加二次碳源，进一步炭化以获得高产率高石墨化氮掺杂碳(hgnc)。二次碳源的引入，使得hgnc的产率最大可提升约5倍；炭化过程中氮元素掺杂，能够有效增强碳载体的分散和锚定能力，以及电子传递性；利用镁粉的催化还原和模板作用，促进在低温下获得高石墨化的多孔碳，并可以调节比表面积和孔结构。通过酸处理去除杂质(如镁)后得到碳载体产品。使用所述制备方法可以显著提升碳载体及其碳载催化剂的稳定性和耐久性。
6、以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
7、作为本专利技术优选的技术方案，制备所述石墨相c3n4的方法包括：
8、在保护气氛下，将含氮有机前驱体进行热解，得到石墨相c3n4。
9、优选地，所述保护气氛包括氩气和/或氮气。
10、本专利技术以保护气氛如ar和/或n2气来避免氧化分解，而使含氮有机前驱体热解为石墨相c3n4。
11、优选地，所述含氮有机前驱体包括尿素、三聚氰胺、腈胺、双腈胺、乙二胺、对氨基苯、咪唑或吡唑中的至少一种，例如典型但非限制性的组合包括尿素与三聚氰胺的组合、尿素与腈胺的组合、尿素与双腈胺的组合、尿素与乙二胺的组合、尿素与对氨基苯的组合、尿素与咪唑的组合、尿素与吡唑的组合、三聚氰胺与乙二胺的组合、腈胺与双腈胺的组合、三聚氰胺与对氨基苯的组合、咪唑与吡唑的组合等。
12、使用不同的含氮有机前驱体会对石墨相c3n4的生成有很大影响，进而影响碳载体的产率。其次，使用不同含氮有机前驱体对炭化之后得到的载体的孔结构和比表面积产生影响。
13、优选地，所述热解的温度为500～600℃，例如500℃、510℃、520℃、530℃、540℃、550℃、560℃、570℃、580℃、590℃或600℃等，时间为60～360min，例如60min、80min、100min、140min、180min、220min、260min、300min、320min或360min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
14、作为本专利技术优选的技术方案，所述碳源包括葡萄糖，蔗糖，果糖，乳糖或木糖中的至少一种，例如典型但非限制性的实例包括葡萄糖与蔗糖的组合，葡萄糖与果糖的组合，葡萄糖与乳糖的组合、葡萄糖与木糖的组合、蔗糖与果糖的组合，蔗糖与乳糖的组合、蔗糖与木糖的组合、果糖与乳糖的组合、果糖与木糖的组合或木糖与乳糖的组合等。
15、优选地，所述碳源的质量与所述石墨相c3n4的质量之比为(0.5～2):1，例如0.5:1、0.8:1、1:1、1.2:1、1.4:1、1.6:1、1.8:1或2:1等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
16、二次碳源会影响碳载体的石墨化程度，二次碳源用量过多，碳载体石墨化程度会有所降低。
17、优选地，所述镁粉的粒径为10～300μm，例如10μm、30μm、50μm、80μm、100μm、120μm、140μm、160μm、180μm、200μm、220μm、240μm、260μm、280μm或300μm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
18、本专利技术优选通过使用不同尺寸的镁粉，通过调控镁粉尺寸，获得不同比表面积和孔结构的hgnc，可有效增强pt及其合金纳米颗粒等负载成分在载体上的分散和锚定作用。
19、优选地，所述镁粉的质量与所述碳源及所述石墨相c3n4的总质量之比为(0.8～1.4):1，例如0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1或1.4:1等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
20、作为本专利技术优选的技术方案，所述炭化的过程包括，先进行第一煅烧，再升高温度进行第二煅烧。
21、优选地，所述第一煅烧的温度为300～400℃，例如300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390℃或400℃等，时间为10～60min，例如10min、15min、20min、25min、30min、35min本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳载体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的碳载体的制备方法，其特征在于，制备所述石墨相C3N4的方法包括：
3.根据权利要求1或2所述的碳载体的制备方法，其特征在于，所述碳源包括葡萄糖，蔗糖，果糖，乳糖或木糖中的至少一种；
4.根据权利要求1-3任意一项所述的碳载体的制备方法，其特征在于，所述炭化的过程包括，先进行第一煅烧，再升高温度进行第二煅烧；
5.根据权利要求1-4任意一项所述的碳载体的制备方法，其特征在于，所述酸处理包括依次进行第一酸洗，研磨及第二酸洗；
6.根据权利要求1-5任意一项所述的碳载体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
7.一种碳载体，其特征在于，所述碳载体使用权利要求1-6任意一项所述的制备方法得到。
8.一种铂碳催化剂，其特征在于，所述铂碳催化剂使用权利要求7所述的碳载体。
9.一种制备权利要求8所述的铂碳催化剂的方法，其特征在于，所述方法包括：
10.一种燃料电池，其特征在于，含有权利要求9所述的铂碳
...【技术特征摘要】
1.一种碳载体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的碳载体的制备方法，其特征在于，制备所述石墨相c3n4的方法包括：
3.根据权利要求1或2所述的碳载体的制备方法，其特征在于，所述碳源包括葡萄糖，蔗糖，果糖，乳糖或木糖中的至少一种；
4.根据权利要求1-3任意一项所述的碳载体的制备方法，其特征在于，所述炭化的过程包括，先进行第一煅烧，再升高温度进行第二煅烧；
5.根据权利要求1-4任意一项所述的碳载体的制备方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：李传亮，杨帆，季相东，赵卿，
申请(专利权)人：山东国创燃料电池技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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