[发明专利]一种碳纳米片负载贵金属纳米粒子催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳纳米片负载贵金属纳米粒子催化剂及其制备方法和应用，以无机盐为模板，提供商用碳源，并在所述商用碳前驱体上至少沉积至少具有多催化前景的贵金属而形成复合物，然后经过化学或物理方法得到所述碳纳米片负载贵金属纳米粒子催化剂，其特征在于包括：（1）、将商用贵金属前驱体溶解或分散于溶剂中，形成贵金属前驱体溶液或悬浮液；（2）、将商用碳前驱体与所述贵金属前驱体溶液或悬浮液混合均匀，后混入无机盐模板，经干燥后在惰性气氛中煅烧，从而获得碳纳米片负载贵金属纳米粒子催化剂。该催化剂能有效解决贵金属纳米粒子在商用化应用中不稳定性的问题，显著提升催化的性能，且其制备工艺可控、环境友好，适合大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种催化剂，尤其涉及一种碳负载贵金属纳米粒子催化剂及其制备方法和应用，属于能源、材料技术领域。

背景技术

贵金属由于其优异的化学稳定性而广泛应用于燃料电池、催化加氢、汽车尾气处理等能源环境相关领域，目前大量研究人员均致力于减少贵金属的用量而实现高效、高稳定催化性能。随和纳米技术的飞速发展，贵金属纳米粒子相比其块体原子利用率高、催化性能更加优越。但是其循环稳定性制约着其高性能的持续发挥。将贵金属纳米材料稳定在无机氧化物、金属氧化物或碳质载体上可以有效地抑制金属纳米粒子的团聚，并且也是研究人员的研究热点之一。

现有技术中，CN201410759362.9《嵌入式纳米金属负载型碳纳米片锂离子电池负极材料及其制备方法和应用》，以糖(壳聚糖、蔗糖、果糖和葡萄糖)为碳源，过渡金属(Fe，Co，Ni)的硝酸盐为金属源和催化剂，以惰性盐(硫酸钠、氯化钠、氯化钾和氯化铯)为模板和分散剂，采用热解法一步制备得到了均匀负载嵌入式镍(或铁或钴)纳米颗粒的二维碳纳米片。

CN201811281542.5《一种三维连续碳骨架负载的金属-氮-碳纳米片的制备方法及应用》，以三聚氰胺泡沫为模板，在含有金属盐的溶液中将苯胺原位聚合为片层状聚苯胺，并分立于三聚氰胺泡沫表面，再将其进行高温碳化，得到具有分级结构的多孔金属-氮-碳复合材料。与现有技术相比，三聚氰胺泡沫和其表面的聚苯胺纳米片形成三维立体结构，碳化后形成的金属-氮-碳复合材料形成三维立体多级孔结构，该结构有助于加速反应中物质传输速率，使暴露更多活性位，提高了活性位利用率。

CN201810843538.7《一种纳米银/碳复合光催化材料及其制备方法和应用》，包括如下步骤：将维生素C用水溶解后，以每分钟8～12℃的速率加热至180～220℃，并保持2～5h；离心、透析、分离，得到碳纳米点CDs；将硝酸银和碳纳米点CDs避光溶解在水中，在紫外光照射下反应，即可得到纳米银/碳复合光催化剂Ag/CDs。

其中，CN201410555642.8《一种碳纳米管复合材料及其制备方法和应用》，涉及一种嵌有贵金属纳米粒子的碳层包覆碳纳米管的复合材料的制备方法和应用。是一种嵌有贵金属纳米粒子的碳层包覆碳纳米管的复合材料，由碳纳米管和包覆在所述碳纳米管外的碳层组成，并且碳层嵌有贵金属纳米粒子。碳层为氮掺杂碳层。嵌入在碳层(如氮掺杂碳层)中的贵金属纳米粒子的粒径为0.1～20纳米，贵金属选自铂、钯、铑、钌和金中的一种或两种以上的组合。复合材料中贵金属的重量百分含量为1-30％，碳纳米管的长度可为0.1～30微米，直径可为1～80纳米，碳层(如氮掺杂碳层)的厚度可为0.1～3纳米，碳层(如氮掺杂碳层)的表面中氮原子的原子百分比为1～10wt％，碳层(如氮掺杂碳层)中的氮的种类有吡啶型氮、石墨型氮和吡咯型氮中的至少一种。制备的复合材料可作为燃料电池的阴极氧还原催化剂使用，其催化稳定性明显优于单纯的材料以及目前使用的商业化碳载铂催化剂。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种碳纳米片负载贵金属纳米粒子催化剂及其制备方法和应用，以提升贵金属纳米粒子催化性能，克服现有技术中的不足。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案之一：