[发明专利]一种咪唑型二腈胺盐离子液体功能化石墨烯负载铂催化剂的制备方法

说明书

本发明采用一锅室温还原法制备了电催化性能优异的一种咪唑型二腈胺盐离子液体功能化石墨烯负载铂催化剂，该方法选择比表面积大、电化学性能较好的还原氧化石墨烯rGO为载体，通过非共价功能化，赋予其更加优异的导电性，以六水合氯铂酸为铂源，硼氢化钠作为还原剂，制备咪唑型二腈胺盐离子液体功能化石墨烯负载铂催化剂Pt/emimN(CN)₂/rGO。制备的催化剂具有良好的甲醇氧化电催化活性、抗一氧化碳中毒性能以及稳定性，因而对直接甲醇燃料电池阳极催化剂的开发、研究及应用具有一定借鉴意义。

技术领域

本发明涉及一种咪唑型二腈胺盐离子液体功能化石墨烯负载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，具有不受卡诺循环约束、能量转换效率高、系统设计简单、液体燃料储存方便、污染排放低等诸多优点，在汽车、军事方面以及小型便携式电子设备等领域有广阔的应用前景。铂(Pt)基催化剂是DMFC中重要的催化剂，但Pt资源稀缺，价格昂贵，且Pt易吸附甲醇氧化的中间产物(主要为一氧化碳)使其毒化失活，大大降低了Pt的催化活性，制约了DMFC的商业化应用。因此，提高Pt基催化剂的活性、抗一氧化碳中毒性能以及稳定性对实现直接甲醇燃料电池商业化应用具有促进意义。

载体对Pt基催化剂的催化活性、稳定性有重要影响。优异的载体须具备高的比表面积、良好的导电性、优异的耐腐蚀性及合适的孔结构等。常见的DMFC催化剂载体有碳黑、碳纳米管、活性炭、碳纤维和石墨烯等。其中，石墨烯具有优异的电导率、较高的比表面积、稳定的化学性能等优势，因而被认为是理想的催化剂载体材料之一。氧化石墨烯GO作为还原氧化石墨烯rGO即石墨烯的前驱体，表面有许多含氧基团，如羟基、羧基、环氧基等，这些含氧基团的存在有利于其功能化，功能化石墨烯不仅可以保持石墨烯自身的性能，而且赋予其更多的优异性能，拓宽其应用领域。

离子液体具有结构设计性强、电导率高、稳定性好、电化学性能稳定以及电位窗口宽等优点，广泛应用于催化、电化学、功能材料等诸多领域。一方面，离子液体的存在可以稳定金属纳米颗粒，使金属纳米颗粒生长更小、分布更均匀，从而改善金属的利用率。另一方面，有研究表明，在DMFC的Pt基催化剂中引入离子液体，可促进电荷转移速率，促进中间产物一氧化碳转化为无毒的二氧化碳，有效提高Pt基催化剂的甲醇氧化电催化性能。其中，离子液体emimN(CN)₂具有比1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体emimBF₄更优异的电导率，可望成为功能化石墨烯负载Pt基催化剂最具潜力的选择之一。

因此，综合离子液体和石墨烯的优点，引入离子液体功能化石墨烯作为载体，构筑新型1-乙基-3-甲基咪唑二腈胺盐功能化还原氧化石墨烯负载铂催化剂Pt/emimN(CN)₂/rGO，可望有效改善Pt基催化剂的催化活性、抗一氧化碳中毒性能和稳定性，为直接甲醇燃料电池阳极催化剂材料的研究、开发和应用提供理论指导、奠定应用基础。

发明内容

一种咪唑型二腈胺盐离子液体功能化石墨烯负载铂催化剂的制备方法。

本发明涉及一种咪唑型二腈胺盐离子液体功能化石墨烯负载铂催化剂，其成分为Pt/1-乙基-3-甲基咪唑二腈胺盐/还原氧化石墨烯Pt/emimN(CN)₂/rGO，具体合成步骤如下：

(1) 将0.02 g 1-乙基-3-甲基咪唑二腈胺盐emimN(CN)₂和0.04 g氧化石墨分散于40 mL 去离子水中，超声分散60 min，使其分散均匀。

(2) 依次加入1 mL 0.05 mol•L^-1的六水合氯铂酸溶液和0.4 mL 0.4 mol•L^-1的氢氧化钾水溶液，磁力搅拌3 h，使其充分混合。

(3) 逐滴加入15 mL 4 mg•mL^-1 硼氢化钠，继续磁力搅拌12 h，使GO和氯铂酸根离子充分被还原为rGO和Pt。