[发明专利]一种基于MXene/rGO复合载体的质子交换膜燃料电池阴极催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于MXene/rGO复合载体的质子交换膜燃料电池阴极催化剂的制备方法，采用CTAB修饰法修饰rGO，并与MXene复合生成具有二维平板结构的新材料，用作质子交换膜燃料电池阴极催化剂的载体。利用这种新型载体制备出的阴极催化剂，相比于传统的Pt/C催化剂，表现出更好的催化活性。

技术领域

本发明涉及一种基于MXene/rGO复合载体的质子交换膜燃料电池阴极催化剂的制备方法，属于新能源质子交换膜燃料电池技术领域。

背景技术

质子交换膜燃料电池因为其运行温度低、低温冷启动快、能量密度高等优点受到了人们的广泛关注，甚至被认为是取代乘用车内燃机技术的有力候选者。但是，质子交换膜燃料电池使用的阴极催化剂Pt/C催化剂在长时间运行的过程中炭黑基体的腐蚀，贵金属粒子溶解、颗粒长大及团聚，都会大大的影响燃料电池电堆的整体寿命。因此，研究新型载体是PEMFC普及化研究的重要发展趋势。

发明内容

本发明旨在提供一种基于MXene/rGO复合载体的质子交换膜燃料电池阴极催化剂的制备方法，通过使用新型的MXene/rGO复合载体负载Pt，合成Pt/rGO-MXene催化剂，提高了其电化学性能。

本发明使用MXene与用CTAB修饰过的rGO复合作为质子交换膜燃料电池阴极催化剂载体。这种载体具有二维平板层状结构，有高的比表面积，高的耐用性，相比于传统的炭黑载体更适合于做质子交换膜燃料电池阴极催化剂载体。用这种载体制备的催化剂有更高的催化效率、更好的催化性能。

本发明基于MXene/rGO复合载体的质子交换膜燃料电池阴极催化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：称取一定量的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，加入到还原氧化石墨(rGO)溶液中，使用细胞粉碎机超声0.1-10小时，超声过程中控制溶液的温度不高于50℃；溶液中rGO与CTAB的质量比为0.1-10：0.1-10，优选为1:0.1-10。

步骤2：将步骤1获得的混合溶液通过微孔滤膜(膜孔径为0.01um-1cm)抽滤成膜，最后置于室温条件下干燥。

步骤3：将微孔滤膜表面的rGO-CTAB粉末刮下并收集样品；称取一定质量的rGO-CTAB粉末，加入乙二醇溶液溶解，溶液浓度为0.1-30mg/ml，超声分散0.1-10小时；

步骤4：称取一定量的MXene，加入去离子水，溶液浓度为1mg/ml，超声分散均匀；

所述MXene为Ti₃C₂、Ti₂C、Nb₃C₂、Nb₂C、TiNbC、Cr₂TiC、Ti₃CN、Ti₄N₃、Ta₄C₃、V₂C、Mo₂C或MoTiC₂；

步骤5：将步骤3获得的溶液加入到步骤4获得的溶液中，使用细胞粉碎机超声，随后加入磁子搅拌；混合溶液中MXene与rGO-CTAB的质量比为0.1-10：0.1-10。

步骤6：按照Pt的质量为载体质量(载体质量是指MXene和rGO-CTAB的总质量)的20％的2-3倍计算出所需氯铂酸的的量，在搅拌的条件下用移液枪向步骤5获得的混合溶液中加入氯铂酸，氯铂酸的浓度为5-50mg/mL。

步骤7：向步骤6获得的混合溶液中滴加硼氢化钠溶液，控制体系中硼氢化钠与Pt的质量比为10:1；滴加完成后离心、去离子水洗涤直至上清液的pH值＜10；