[发明专利]一种碳掺杂的二维铂纳米片、其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种碳掺杂的二维铂纳米片的制备方法，包括：含碳金属铂盐和无机盐混合，得到混合溶液；将所述混合溶液烘干，得到固体粉末；将所述固体粉末退火，洗涤，得到碳掺杂的二维铂纳米片。本发明以含碳金属铂盐为前驱体，以无机盐为模板，经过高温热解就可以得到二维碳掺杂的铂纳米片。本发明的燃料电池阴极催化剂在酸性氧还原反应中展现了优异的催化活性和稳定性。这种催化剂用于燃料电池阴极时，能在载量为0.10mgPt/cm²的条件下最高可实现1.2W/cm²的输出功率，而且当电流密度大于350mA/cm²时，Pt NSs催化剂的电压始终比铂碳高50mV左右，显示出优异的催化性能。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及一种碳掺杂的二维铂纳米片、其制备方法和应用。

背景技术

燃料电池作为一种新能源技术，可以在常温下利用氢气和氧气的电极反应将化学能转换成电能。它具有燃料来源丰富、能量密度高、能量转换效率高、环境友好等优点，有望成为未来的清洁能源。其中，燃料电极的阴极氧还原反应动力学缓慢，通常需要贵金属作为催化剂，这严重制约了燃料电池的商业化进程和实际应用。由于铂碳在氢氧化和氧还原反应中都具有优异的催化性能，因此，迄今为止铂碳仍然是商业上使用最广泛的催化剂。铂碳是将铂纳米颗粒负载在碳载体上，其催化性能与铂颗粒大小，分散均匀程度以及杂质含量等密切相关，通常铂颗粒大小在2～9纳米。但是铂纳米颗粒在长时间测试过程中容易发生溶解和团聚等问题导致其稳定性较差，因此，寻找一种高性能及高稳定性的催化剂是很有必要的。

超薄二维纳米材料由于其独特的电子、物理化学及光学性质，自2004年被发现开始一直广受关注。开发一种简便的合成方法实现对氧还原反应的高效催化，并且能持久保持结构稳定性及催化活性的催化剂，能够替代目前的商业铂碳是非常有必然要的。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种碳掺杂的二维铂纳米片的制备方法，本发明制备方法制备得到的碳掺杂的二维铂纳米片催化活性高，稳定性好。

本发明提供了一种碳掺杂的二维铂纳米片的制备方法，包括：

A)含碳金属铂盐和无机盐混合，得到混合溶液；

B)将所述混合溶液烘干，得到固体粉末；

C)将所述固体粉末退火，洗涤，得到碳掺杂的二维铂纳米片。

优选的，所述含碳金属铂盐和无机盐的质量比为1：(80～120)。

优选的，所述含碳金属铂盐为乙酰丙酮铂；所述无机盐为氯化钾或溴化钾。

优选的，所述烘干温度为60℃～100℃；所述烘干时间为40～60min。

优选的，所述退火在惰性气体的条件下进行；所述退火的温度为200～350℃；所述保温时间为2～3h。

优选的，所述洗涤具体为：采用乙醇和水的混合溶液洗涤3～5次。

优选的，步骤A)所述混合为分散在混合溶液中，所述混合溶液为乙醇和水的混合溶液，其中乙醇和水的比例为1:1；所述混合为超声混合，所述超声混合的时间为0.5～1h。

本发明提供了一种碳掺杂的二维铂纳米片，由上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到。

优选的，所述碳掺杂的二维铂纳米片的大小为1～3μm；厚度为8～12nm。

本发明提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的碳掺杂的二维铂纳米片用来制备燃料电池阴极催化剂的应用。