[发明专利]一种导电聚合物-稀土配合物复合电催化剂的制备方法

说明书

本发明提供了一种导电聚合物‑稀土配合物复合电催化剂的制备方法，先以2‑噻吩甲酰三氟丙酮、邻菲啰啉溶稀土金属盐为原料，通过沉淀法获得稀土配合物，再以三氯化铁和过硫酸铵为氧化剂，通过化学氧化聚合法制备导电聚合物包覆的稀土配合物，聚合产物经离心，洗涤，烘干后，在氮气气氛下高温碳化，即得导电聚合物‑稀土配合物复合电催化剂。本发明利用导电聚合物和稀土配合物的协同作用制备的导电聚合物‑稀土配合物复合电催化剂，由于具有大的活性表面积和高的导电性，应用于燃料电池氧还原、氧析出和氢析出反应具有催化活性高，抗中毒能力强，稳定性好等特点，是一种燃料电池理想的催化剂。

技术领域

本发明涉及一种导电聚合物-稀土配合物复合电催化剂的制备方法，主要用于燃料电池氧还原、氧析出和氢析出的反应，属于非贵金属催化剂制备技术领域。

背景技术

氧还原、氧析出和氢析出反应是影响许多电化学转化和存储装置（如燃料电池和金属-空气电池）效率的关键反应之一，因为其控制着这些能量转化和存储系统的整体性能。虽然铂基催化剂在这些反应中表现出了最好的催化性能，但是许多关键问题，包括铂的高成本、储量稀少、稳定性低、易中毒（特别是在CO或甲醇的存在下）等仍然阻碍着它们的大规模商业化应用。因此，在过去的几十年里，一些低成本、高活性和稳定性的非铂催化剂开始受到了人们的广泛关注。

最近，N掺杂的碳基材料被认为是非常有前景的非贵金属催化剂，这是因为掺杂的氮原子会引起碳原子周围固有电子密度和自旋密度的变化，在反应中可以产生更多活性位点，这些活性位点可以降低反应所需的能量，从而增强了催化剂的性能。然而，与商业的Pt/C催化剂相比，N掺杂的碳基材料的起始电位仍然较低，氧还原、氧析出和氢析出反应的催化活性还有待进一步提高。为了获得高性能的电催化剂，目前存在一种有效的方法，引入含氮的导电聚合物以增强电极和电解质之间的界面性能，引入稀土配合物以增加催化剂的活性位点。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种制备工艺简单，成本低，催化活性高，稳定性好的导电聚合物-稀土配合物复合电催化剂的制备方法。

一、导电聚合物-稀土配合物复合电催化剂的制备

本发明导电聚合物-稀土配合物复合电催化剂的制备方法，是以2-噻吩甲酰三氟丙酮、邻菲啰啉溶稀土金属盐为原料，通过沉淀法获得稀土配合物，再以三氯化铁和过硫酸铵为氧化剂，通过化学氧化聚合法制备导电聚合物包覆的稀土配合物，聚合产物经离心，洗涤，烘干后，在氮气气氛下高温碳化，即得导电聚合物-稀土配合物复合电催化剂。其具体制备工艺如下：

（1）沉淀法制备稀土配合物

将2-噻吩甲酰三氟丙酮(TTA)和邻菲啰啉(Phen)溶解在无水乙醇中，调节溶液pH= 7~10，然后在不断搅拌下滴加到稀土金属硝酸化合物或氯化物的乙醇溶液中；当出现沉淀时，于油浴中保持60℃继续反应1~5小时，静置20~24 小时后，沉淀离心，分别用乙醇、蒸馏水洗涤，干燥10小时，得到稀土配合物。

其中，2-噻吩甲酰三氟丙酮(TTA)和邻菲啰啉(Phen)的摩尔比为1:1~3:1；2-噻吩甲酰三氟丙酮(TTA)和稀土金属硝酸化合物或氯化物的摩尔比为1:1~3:1。