[发明专利]一种纤维素纳米晶衍生碳纳米棒负载Pt纳米颗粒的制备方法

说明书

本发明公开了采用纤维素原材料作为原始基材，用酸催化法对纤维素进行处理，清除纤维素中的无定形区和杂质成分，提取纤维素纳米晶粉末，然后通过乙二醇还原法对Pt原料H₂P_tCl₆进行还原以制备Pt负载纤维素纳米晶粉末，最后经过氧化‑炭化处理后，制备直径为10—30 nm，长度为150—350 nm，具有较大长径比的碳纳米棒负载Pt材料。本发明有效利用了生物质材料纤维素，具有原料来源广、可再生、无污染的特点；纤维素纳米晶与Pt有效负载后再经炭化制备碳纳米棒负载体，具有负载牢度强，Pt纳米颗粒分散性好，尺寸稳定的优势。

技术领域

本专利涉及一种催化剂的制备方法，特别是一种纤维素纳米晶衍生碳纳米棒负载Pt纳米颗粒的制备方法。

背景技术

随着能源的消耗，全球对能源的需求进一步迫切化。为了解决能源为题，新型电池的开发成为一种发展的需要。质子交换膜染料电池是以氢气为燃料，将化学能直接转为电能的一种电化学装置。作为一种新型的燃料电池，它具有良好的便携性、低温快速启动、使用范围广等诸多优势，因而受到人们的广泛关注。开发新型、高效的催化剂是质子交换膜染料电池的研究重点之一。铂纳米粒子是质子交换膜染料电池中重要的催化剂之一。

选用优良的负载材料是减少铂用量和提高电池催化性能的有效途径。目前，研究中大多采用炭黑、碳纳米纤维和碳纳米管作为铂纳米粒子的负载材料，这些负载材料一般具有比表面积大、良好的点穴和力学性能、较强的化学稳定性等特征。然而，这些碳材料表面的化学惰性使得表面有效负载铂纳米粒子变得困难重重。虽然利用浸渍法可以在碳纳米管表面负载铂纳米粒子，但由于铂负载量较少，限制了该方法的使用。近年来，研究人员采用许多新技术、新方法来提高铂纳米粒子在碳纳米管表面的负载率。最常用的方法是先将碳纳米管表面进行强酸氧化处理，使其表面产生诸如羟基、醛基、羧基等功能化基团，采用不同的还原方法，可以在功能化的碳纳米管表面沉积形貌可控的铂纳米粒子。如美国Xing等人先采用超声酸化处理碳纳米管，之后使用乙二醇直接在碳纳米管上沉积单分散的铂纳米粒子(Xing Y.Synthesis and Electrochemical Characterization of Uniformly-Dispersed High Loading Pt Nanoparticles on Sonochemically-Treated CarbonNanotubes[J].Journal of Physical Chemistry B,2004,108(50):19255-19259.)，加拿大蒙特利尔工学院的Dodelet研究组采用甲酸为还原剂，直接在羧酸功能化的碳纳米管上生长铂纳米棒(Sun S,Yang D,Zhang G,et al.Synthesis and Characterization ofPlatinum Nanowire–Carbon Nanotube Heterostructures[J].Chemistry of Materials,2007,19(26):6376-6378.)。然而，在化学处理过程中，碳纳米管一维结构会被破坏，且其内在的光学和电学等物理性质会发生改变。