【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于钴-氮预配位碳前驱体衍生的多元杂原子掺杂co/pt纳米催化剂及其制备方法和应用，属于燃料电池用催化剂及其制备。
技术介绍
1、氢能(h2)被认为是替代化石燃料的理想能源载体。质子交换膜燃料电池(pemfcs)可以通过氢氧化反应将氢气中的化学能直接转化为电能，具有能量利用率高，清洁无污染等特点，因此具有很好的商业应用前景。
2、然而，pemfcs的阳极hor反应却面临着严重挑战。众所周知，pt/c催化剂目前是pemfcs阳极hor反应的最佳选择之一，但是pt/c催化剂价格昂贵。因此，开发高活性、高稳定性、低成本的低铂hor催化剂是目前迫切需要解决的关键问题。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有pemfcs的阳极催化剂存在的上述技术问题，提供一种基于钴-氮预配位碳前驱体衍生的多元杂原子掺杂co/pt纳米催化剂及其制备方法和应用。
2、本专利技术的技术方案：
3、本专利技术的目的之一是提供一种多元杂原子掺杂co/pt纳米催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
4、(1)将溴源或硫源、钴盐、锌盐和溶剂混合，超声搅拌，得到前驱体溶液；
5、(2)在搅拌条件下，向前驱体溶液中加入配体溶液，室温下分散后沉化，得到金属-有机框架前驱体溶液；
6、(3)对金属-有机框架前驱体溶液进行离心，洗涤沉淀，并在真空条件下烘干，得到紫色的钴-氮配位碳源粉末；
7、(4)将钴-氮配位碳源粉末在还原气氛
8、(5)将氮孤对电子锚定钴的配位聚合物催化剂粉末、氯铂酸溶液和水混合，磁力搅拌均匀，得到负载pt的氮孤对电子锚定钴的配位聚合物水溶液；
9、(6)使用微孔滤膜对负载pt的氮孤对电子锚定钴的配位聚合物水溶液进行抽滤后使用去离子水洗涤，并真空烘干，烘干后的黑色粉末在还原气氛下进行热解，得到多元杂原子掺杂co/pt纳米催化剂。
10、进一步限定，(1)中溴源为溴化钠、溴化钾、十六烷基三甲基溴化铵或苯扎溴铵；硫源为二硫化镍、二硫化钴、十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠；钴盐乙酰丙酮钴，二氯化钴，硝酸钴或碳酸钴；锌盐为醋酸锌，氯化锌，硝酸锌或硫化锌；溶剂为甲醇。
11、进一步限定，(1)中溴源或硫源、钴盐和锌盐的用量比为(0.01～0.4)g：(1～10)mmol：1mmol，溶剂用量为110～130ml。
12、更进一步限定，(1)中溴源、硫源、钴盐和锌盐的用量比为(0.05～0.3)g：(0.05～0.3)g：(2～8)mmol：1mmol。
13、更进一步限定，(1)中溴源、硫源、钴盐和锌盐的用量比为(0.1～0.2)g：(0.1～0.2)g：(3～5)mmol：1mmol。
14、进一步限定，(1)中超声搅拌时间为0.5～1.5h。
15、进一步限定，(2)得到的金属-有机框架前驱体溶液中配体浓度为1.02mol/l。
16、进一步限定，(2)中室温下分散时间为18～20h；沉化时间为6～8h。
17、更进一步限定，(2)中分散处理包括超声和搅拌，超声功率为60～100w，时间为15～30min；搅拌转速为300～400rpm，时间为18～20h。
18、进一步限定，(3)中离心转速为6000～11000rpm，时间为30～60min。
19、更进一步限定，(3)中离心转速为7000～10000rpm。
20、更进一步限定，(3)中离心转速为8000～9000rpm。
21、进一步限定，(3)中烘干温度为30～100℃，时间为12～24h。
22、更进一步限定，(3)中烘干温度为40～90℃h。
23、更进一步限定，(3)中烘干温度为60～80℃h。
24、进一步限定，(4)中热处理温度为600～1000℃，时间为8～12h。
25、进一步限定，(4)中热处理过程升温速率为2～5℃/min。
26、更进一步限定，(4)中热处理温度为750～950℃。
27、更进一步限定，(4)中热处理温度为800～900℃。
28、进一步限定，(4)中还原气氛为h2和ar混合气氛。
29、进一步限定，(5)中氯铂酸溶液浓度为0.0244mol/l，氮孤对电子锚定钴的配位聚合物催化剂粉末、氯铂酸溶液和水的质量体积比为1g：(1～100)ml：(100～1000)ml。
30、更进一步限定，(5)中氮孤对电子锚定钴的配位聚合物催化剂粉末、氯铂酸溶液和水的质量体积比为1g：(5～50)ml：(500～1000)ml。
31、更进一步限定，(5)中氮孤对电子锚定钴的配位聚合物催化剂粉末、氯铂酸溶液和水的质量体积比为1g：(8～30)ml：(800～1000)ml。
32、进一步限定，(5)中磁力搅拌转速为300～400rpm，时间为2～4h。
33、进一步限定，(6)中微孔滤膜的孔径为20μm，直径为50mm。
34、进一步限定，(6)中烘干温度为30～100℃，时间为6～12h。
35、更进一步限定，(6)中烘干温度为40～90℃。
36、更进一步限定，(6)中烘干温度为60～80℃。
37、进一步限定，(6)中热解温度为100～700℃，时间为6～8h。
38、更进一步限定，(6)中热解温度为300～600℃。
39、更进一步限定，(6)中热解温度为400～500℃。
40、进一步限定，(6)中热解过程中升温速率为2～5℃/min。
41、进一步限定，(6)中还原气氛为h2和ar混合气氛。
42、本专利技术的目的之二是提供一种上述的方法制备得到的多元杂原子掺杂co/pt纳米催化剂。
43、本专利技术的目的之三是提供一种上述多元杂原子掺杂co/pt纳米催化剂的应用，具体的用作pemfcs的阳极催化剂。
44、进一步限定，作为hor阳极电催化剂材料应用于pemfcs中催化阳极的氢氧化反应有益效果：
45、本专利技术在钴-氮预配位碳前驱体基础上，采用溶剂辅助金属－有机框架(somf)自组装技术，以甲醇为溶剂介质，通过掺杂s或br改善材料的分散性及其形貌特征，得到金属-有机框架(mof)前驱体，并进一步的采用物理抽滤和高温热处理相互结合的方法，使铂(pt)粒子在mof衍生材料中均匀负载，得到基于钴-氮预配位碳前驱体衍生的多元杂原子掺杂co/pt纳米催化剂。该催化剂在保证优异活性的前提下，提高贵金属原子利用率，实现降低贵金属用量的目的。实验结果表明，三种样品(pt@co-brnc、pt@co-snc和pt@co-nc)在0.1mhclo4中的电流密度分别达到2.354ma/cm2、2.本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多元杂原子掺杂Co/Pt纳米催化剂的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)中溴源为溴化钠、溴化钾、十六烷基三甲基溴化铵或苯扎溴铵；硫源为二硫化镍、二硫化钴、十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠；钴盐为乙酰丙酮钴，二氯化钴，硝酸钴或碳酸钴；锌盐为醋酸锌，氯化锌，硝酸锌或硫化锌；配体为苯并咪唑，2-甲基咪唑、3,5-二甲基吡啶或1,2,4-三氮唑；溶剂为甲醇。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)中溴源或硫源、钴盐和锌盐的用量比为(0.01～0.4)g：(1～10)mmol：1mmol。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(2)得到的金属-有机框架前驱体溶液中配体浓度为1.02mol/L。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(2)中室温下分散时间为18～20h；陈化时间为6～8h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(4)中热处理温度为600～1000℃，时间为8～12h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(6)中热解温度为100～700℃，时间为6～8h。
9.一种权利要求1～8任一项所述的方法制备得到的多元杂原子掺杂Co/Pt纳米催化剂。
10.一种权利要求9所述的多元杂原子掺杂Co/Pt纳米催化剂的应用，其特征在于，用作PEMFCs的阳极催化剂。
...【技术特征摘要】
1.一种多元杂原子掺杂co/pt纳米催化剂的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)中溴源为溴化钠、溴化钾、十六烷基三甲基溴化铵或苯扎溴铵；硫源为二硫化镍、二硫化钴、十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠；钴盐为乙酰丙酮钴，二氯化钴，硝酸钴或碳酸钴；锌盐为醋酸锌，氯化锌，硝酸锌或硫化锌；配体为苯并咪唑，2-甲基咪唑、3,5-二甲基吡啶或1,2,4-三氮唑；溶剂为甲醇。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)中溴源或硫源、钴盐和锌盐的用量比为(0.01～0.4)g：(1～10)mmol：1mmol。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(2)得到的金属-有机框架前驱体溶液中配体浓度为1.02mol/l。
5.根据权利要求1所述的制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王蕾，侯亚，宋玉宇，沈迪，付宏宇，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：
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