【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池催化剂，涉及一种pt/cxny@mmon复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、在燃料电池在实际工况运行中，pt纳米颗粒往往会发生迁移、溶解和聚集等问题，严重影响了催化剂本身的活性与耐久性。研究表明催化剂中的载体与活性颗粒之间的相互作用的强弱与上述问题直接相关。
2、在非碳载体中，金属氧化物包括氧化锡、氧化钛、氧化锆等可以与铂颗粒之间形成比碳载体与铂金属颗粒之间的相互作用更强的pt-m金属键，从而改善pt催化剂在高电位环境下的耐久性，也可以进一步限制pt颗粒的团聚。但过渡金属纳米颗粒与其氧化物载体之间的相互作用会容易导致表面粒子的迁移，最后惰性的氧化物会将活性的金属颗粒包覆，从而使催化剂失活。
3、常见碳基载体往往存在一些固有的外在缺陷以及抗氧化性弱的特点，因此，碳氮化合物作为一种导电性好、稳定性高、活性位点多的化合物，已被证实可以用作催化剂载体。专利cn202210064998提出了一种铂氮碳催化剂的制备方法，该专利技术方法以含铂的前驱体化合物、尿素和碳载体为反应物，所得到的铂氮碳催化剂表现出了稳定性能。专利cn202110303761提出了一种以氮掺杂碳为载体的碳载铂催化剂的制备方法，证实了通过炭黑表面富含氮后有利于铂纳米粒子的锚定，进一步提高铂纳米的活性和稳定性。
4、但是，上述专利中均通过炭黑等碳材料与含氮化合物的高温热分解过程来获得碳氮化合物，由于上述碳基材料本身的石墨化程度不高，可能在实际电池使用过程中会存在较大的碳载体腐蚀问题。
5、因此，亟需开发
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种pt/cxny@mmon复合材料及其制备方法，具有工艺简单、成本低、材料一致性好等优势的特点。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种pt/cxny@mmon复合材料，所述复合材料以氮掺杂碳载体与金属氧化物mmon载体来构筑复合型载体，通过氮掺杂碳的载体为外壳包裹内核的金属氧化物组成的核壳结构，铂金属颗粒均匀负载在氮掺杂碳载体的外壳上。
4、一种pt/cxny@mmon复合材料的制备方法，包括以下步骤：
5、将聚乙烯吡咯烷酮溶解于去离子水中，配制为质量百分数为0.1～30％的聚乙烯吡咯烷酮分散液，称取0.1g的聚乙烯吡咯烷酮分散液与5g的二氧化钛纳米材料，通过高速分散，得到分散液a；
6、往上述分散液a中加入0.5g质量百分数为10～50％的蔗糖水溶液，继续通过球磨机高速分散，得到分散物b；
7、将上述分散物b，转入到加热炉中；然后将气体流速控制在0.5l/min-50l/min范围内，持续往加热炉中通入高纯氮气1h，然后在350～900℃温度下热处理2h，然后再通入含有体积分数1％的氨气的氮气/氨气混合气体，继续500～1200℃下热处理1h，得到cxny@tio2复合材料；
8、按照含铂离子的水溶液与cxny@tio2复合材料分散液的质量比为30～80％：20～70％的比例，将含铂离子的水溶液加入到cxny@tio2复合材料分散液中混合搅拌使其分散均匀，得到混合分散液c；
9、将还原剂加入到混合分散液c中，用搅拌器以50～500rpm的转速继续搅拌1～24h，然后在50～180℃加热保温1～24h；
10、进行过滤、干燥、粉碎、过100～400目筛进行筛分，得到pt/cxny@tio2复合材料。
11、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述mmon为二氧化钛、二氧化锡、三氧化钨、氧化铝、二氧化锆、二氧化硅、氧化锌、氧化铈、钒氧化物、氧化镍、氧化铜、锰氧化物中的一种或几种。
12、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述聚乙烯吡咯烷酮可以由聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、n-甲基吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠、聚氧化乙烯、聚丙烯酸类分散剂、丙烯腈类分散剂中的一种或其中任意两种以上的混合物来代替。
13、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述聚乙烯吡咯烷酮质量与二氧化钛的质量比值为0.5～10％，所述二氧化钛纳米材料的粒径为50～2000nm。
14、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述蔗糖可以由葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉、柠檬酸、海藻酸钠、壳聚糖、多巴胺、沥青、树脂中的一种或多种来代替。
15、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述氮气/氨气的混合气中的氨气体积分数为0.1～15％。
16、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述cxny@tio2复合材料中的cxny在cxny@tio2复合材料的质量百分数为1～50％；所述cxny@tio2中为x、y两者比值为0～0.995：0～0.995。
17、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述含铂离子的水溶液为氯铂酸、氯铂酸钠、氯铂酸钾、其他铂盐以及铂基金属配合物或络合物中的一种或多种。
18、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述含铂离子的水溶液为基于过渡金属与铂的原子比为1：1～10的混合溶液，所述过渡金属是金属钴、镍、锰、铁、铜、钯、铱、钌中的至少一种的金属盐的溶液；所述抗坏血酸为抗坏血酸、硼氢化钠、水合肼、乙二醇、丙三醇以及其他可溶性还原剂中的一种或多种，添加量为混合分散液c的5～10wt％。
19、本专利技术的有益效果：
20、(1)设计了一种新型的复合材料，以金属氧化物为内核，通过氨气高温处理将氮源引入以葡萄糖热解形成的碳基骨架中形成氮掺杂碳材料，该氮掺杂碳载体作为外壳对金属氧化物进行包裹构成核壳结构，同时核壳结构的表面负载了金属铂颗粒，这种设计提升了铂颗粒在载体上的锚定作用，从而克服铂基催化剂在当前实际工况应用中的不足。
21、(2)通过使用金属氧化物mmon载体，与金属铂颗粒之间形成更强的pt-m金属键，从而改善pt催化剂在高电位环境下的耐久性，也可以进一步限制pt颗粒的团聚；使用葡萄糖在热解中形成的芳香族碳骨架作为碳载体，通过氨气高温处理得到氮掺杂的碳材料，减少传统炭黑类碳基材料本身石墨化程度不够造成的较大的碳载体腐蚀问题。采用氮掺杂碳载体与金属氧化物mmon载体来构筑的复合型载体以提升催化剂载体的耐高电位腐蚀问题，提高铂催化剂的活性与稳定性。
22、(3)本专利技术所提出的制备方法兼具工艺简单、成本低、材料一致性好等优势，可以拓展到包括锂离子电池、太阳能电池以及其他储能电池用复合材料的应用领域。
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1.一种Pt/CxNy@MmOn复合材料，其特征在于：所述复合材料以氮掺杂碳载体与金属氧化物MmOn载体来构筑复合型载体，通过氮掺杂碳的载体为外壳包裹内核的金属氧化物组成核壳结构，铂金属颗粒均匀负载在氮掺杂碳载体的外壳上。
2.如权利要求1所述的一种Pt/CxNy@MmOn复合材料的制备方法，其特征在于，所述Pt/CxNy@MmOn复合材料的制备包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的Pt/CxNy@MmOn复合材料的制备方法，其特征在于：所述MmOn为二氧化钛、二氧化锡、三氧化钨、氧化铝、二氧化锆、二氧化硅、氧化锌、氧化铈、钒氧化物、氧化镍、氧化铜、锰氧化物中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述的Pt/CxNy@MmOn复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮可以由聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、N-甲基吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠、聚氧化乙烯、聚丙烯酸类分散剂、丙烯腈类分散剂中的一种或其中任意两种以上的混合物来代替。
5.根据权利要求2所述的Pt/CxNy@MmOn复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮质量与二氧化
6.根据权利要求2所述的Pt/CxNy@MmOn复合材料的制备方法其特征在于，所述蔗糖可以由葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉、柠檬酸、海藻酸钠、壳聚糖、多巴胺、沥青、树脂中的一种或多种来代替。
7.根据权利要求2所述的Pt/CxNy@MmOn复合材料的制备方法，其特征在于，所述氮气/氨气的混合气中的氨气体积分数为0.1～15％。
8.根据权利要求2所述的Pt/CxNy@MmOn复合材料的制备方法，其特征在于，所述CxNy@TiO2复合材料中的CxNy在CxNy@TiO2复合材料的质量百分数为1～50％；所述CxNy@TiO2中为x、y两者比值为0～0.995：0～0.995。
9.根据权利要求2所述的Pt/CxNy@MmOn复合材料的制备方法，其特征在于，所述含铂离子的水溶液为氯铂酸、氯铂酸钠、氯铂酸钾、其他铂盐以及铂基金属配合物或络合物中的一种或多种。
10.根据权利要求2所述的Pt/CxNy@MmOn复合材料的制备方法，其特征在于，所述含铂离子的水溶液为基于过渡金属与铂的原子比为1：1～10的混合溶液，所述过渡金属是金属钴、镍、锰、铁、铜、钯、铱、钌中的至少一种的金属盐的溶液；所述还原剂为抗坏血酸、硼氢化钠、水合肼、乙二醇、丙三醇以及其他可溶性还原剂中的一种或多种，添加量为混合分散液C的5～10wt％。
...【技术特征摘要】
1.一种pt/cxny@mmon复合材料，其特征在于：所述复合材料以氮掺杂碳载体与金属氧化物mmon载体来构筑复合型载体，通过氮掺杂碳的载体为外壳包裹内核的金属氧化物组成核壳结构，铂金属颗粒均匀负载在氮掺杂碳载体的外壳上。
2.如权利要求1所述的一种pt/cxny@mmon复合材料的制备方法，其特征在于，所述pt/cxny@mmon复合材料的制备包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的pt/cxny@mmon复合材料的制备方法，其特征在于：所述mmon为二氧化钛、二氧化锡、三氧化钨、氧化铝、二氧化锆、二氧化硅、氧化锌、氧化铈、钒氧化物、氧化镍、氧化铜、锰氧化物中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述的pt/cxny@mmon复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮可以由聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、n-甲基吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠、聚氧化乙烯、聚丙烯酸类分散剂、丙烯腈类分散剂中的一种或其中任意两种以上的混合物来代替。
5.根据权利要求2所述的pt/cxny@mmon复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮质量与二氧化钛的质量比值为0.5％～10％，所述二氧化钛纳米材料的粒径为50～2000nm。
6.根据权利要求2所述的pt/cxny...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱凤鹃，吴若飞，吴爱明，郑文，祝乾伟，王丽娜，
申请(专利权)人：上海唐锋能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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