[发明专利]一种吡啶离子液体多金属氧酸盐复合铂催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种吡啶离子液体多金属氧酸盐复合铂催化剂的制备方法。

背景技术

直接甲醇燃料电池（DMFC）是一种新型燃料电池，具有高效、安全、能量密度高、使用可再生燃料等优点, 是其它类型燃料电池无法比拟的，应用前景广阔。甲醇氧化电催化剂是DMFC中的关键材料，目前广泛使用的是铂基（Pt基）电催化剂，但Pt资源匮乏，价格昂贵，同时，Pt催化剂易被甲醇氧化的中间产物一氧化碳（CO）毒化，从而降低Pt的催化活性，导致Pt使用量高，DMFC成本居高不下。因此，提高Pt催化剂的活性、稳定性，增强Pt催化剂的抗CO中毒性能，是实现直接甲醇燃料电池商业化应用的关键问题。

一方面，DMFC催化剂载体的选择对于其催化活性、稳定性有重要影响。理想的电催化剂载体必需同时具备高比表面积、良好导电性、耐腐蚀性、合适孔结构及表面基团等。因而，最常见的DMFC催化剂载体为碳材料，如碳黑、碳纳米管、活性炭、多孔碳、碳纤维等。石墨烯是一种单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的碳质新材料，与其它碳材料相比，石墨烯由最稳定的苯六元环组合而成，具有更大的理论比表面积（约为2630 m²·g^-1）和更好的电子传导能力(约为2×10⁵ cm²·V^-1·s^-1)，因而被认为是最理想的催化剂载体材料之一。

另一方面，增强Pt催化剂的抗CO中毒性能也是DMFC发展的关键。多金属氧酸盐（POM）是一类具有独特结构和性能的含有氧桥的多核混合价态化合物，结构上兼具配合物和金属氧化物的特征，在性能上兼具酸性和氧化还原性，被广泛应用于催化、电化学、光学、功能材料等诸多领域。多金属氧酸盐作为一种无机电活性物质，其主要特点是可以经历一系列可逆的、多步的多电子转移过程，具有良好的氧化还原可逆性，能够接受和释放电子，可以充当电子的中继站，这对多金属氧酸盐的电催化性质十分有利。有研究表明，在DMFC的阳极电催化剂中引入多金属氧酸盐，可充当氧化剂，将中间产物CO转化成无毒的CO₂，从而阻止催化剂CO中毒失活。不仅如此，还原的多金属氧酸盐还可以再氧化，循环使用。

因此，将石墨烯与多金属氧酸盐同时引入DMFC催化剂中，构筑新型Pt/多金属氧酸盐/石墨烯复合催化剂材料，可望有效改善Pt催化剂的催化活性、稳定性和抗CO中毒性能，为新型燃料电池催化剂材料的研究、开发和应用提供理论指导、奠定应用基础。

发明内容

一种吡啶离子液体多金属氧酸盐复合铂催化剂的制备方法。

本发明涉及一种吡啶离子液体多金属氧酸盐复合铂催化剂，其成分为Pt/(epy)₃PMo₁₂O₄₀/还原氧化石墨烯（Pt/(epy)₃PMo₁₂O₄₀/rGO），合成步骤包括以下几步。

(1) 将0.02 g N-乙基吡啶钼磷酸盐(epy)₃PMo₁₂O₄₀置于圆底烧瓶中，加入1 mL N，N-二甲基甲酰胺（DMF）溶解。

(2) 加入25 mL乙二醇，超声5min混合均匀。

(3) 加入0.04 g还原氧化石墨，超声分散30min。

(4) 依次加入1 mL 0.05 mol•L^-1的氯铂酸（H₂PtCl₆•6H₂O）乙二醇溶液和0.4 mL 0.4 mol•L^-1的氢氧化钾（KOH）水溶液，然后磁力搅拌3h以上，使其充分混合。

(5) 将步骤(4)的混合溶液常压160 ℃条件下加热回流3 h之后自然冷却至室温，继续搅拌12h。

(6) 将步骤(5)制得的产物用高纯水和丙酮充分洗涤，60℃真空干燥12 h，制得吡啶离子液体多金属氧酸盐复合铂催化剂Pt/(epy)₃PMo₁₂O₄₀/rGO。

附图说明