[发明专利]一种磷活化铂基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种磷活化铂基催化剂及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：1)铂基催化剂的合成：在碳载体中加入第一溶剂、去离子水、表面活性剂和铂盐溶液，并在常温下搅拌均匀得到基底混合液；随后将还原剂快速加入到所述基底混合液中，并在常温下搅拌0.5‑24h(不包含24h)，搅拌结束后得到的固体产物为所述铂基催化剂；2)铂基催化剂的磷化：在第二溶剂中加入1)中制备得到的铂基催化剂和磷源，然后在气氛保护下，30‑180℃下回流5‑12小时，回流结束后得到的固体产物为所述磷活化铂基催化剂。本发明磷活化铂基催化剂的制备方法简单，成本低廉，催化活性高。

技术领域

本发明属于催化材料技术领域，具体涉及一种磷活化铂基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

发展新一代环境友好型的绿色能源体系逐渐受到世界各国的广泛关注。电化学能源存储与转换系统(例如直接甲醇燃料电池等)被视为有希望解决能源与环境问题的候选者。然而，在电化学系统中均涉及电化学反应，而缓慢的电极反应动力学是限制其商业化应用的重要原因之一。为了加快电极反应动力学速率，常常需要高活性及稳定性的电催化剂。目前，铂族金属纳米晶以其独特的高活性、高稳定性在直接甲醇燃料电池阳极甲醇氧化反应(Methanol oxidation reaction，MOR)具有至关重要的地位，目前仍不可替代。然而，铂族金属纳米材料属于稀有金属材料，在地壳中的元素丰度很低，特别是我国铂族金属储量仅占全球储量的0.48％，大量依赖进口，具有较高的应用成本，限制了甲醇燃料电池广泛商业化应用。因此，开发一种成本低廉、高催化活性的铂基催化剂具有重要意义。

发明内容

为了解决上述背景技术中所提出的问题，本发明的目的在于提供一种磷活化铂基催化剂及其制备方法和应用。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一方面，本发明提供了一种磷活化铂基催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)铂基催化剂的合成：在碳载体中加入第一溶剂、去离子水、表面活性剂和铂盐溶液，并在常温下搅拌均匀得到基底混合液；随后将还原剂快速加入到所述基底混合液中，并在常温下搅拌0.5-24h(不包含24h)，搅拌结束后得到的固体产物为所述铂基催化剂；

2)铂基催化剂的磷化：在第二溶剂中加入1)中制备得到的铂基催化剂和磷源，然后在气氛保护下，30-180℃下回流5-12小时，回流结束后得到的固体产物为所述磷活化铂基催化剂。

进一步地，步骤1)中所述的铂基催化剂为铂/碳载体复合催化剂，即在碳载体表面制得铂纳米粒子层。

进一步地，所述铂纳米粒子的平均粒径为0.5～20nm。

进一步地，步骤1)中所述的碳载体包括炭黑、石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管、活性炭、碳分子筛中的至少一种；

优选地，步骤1)中所述的第一溶剂包括醇类溶剂、醚类溶剂、醇醚类溶剂、酮类溶剂、酯类溶剂、酰胺类溶剂中的至少一种；

优选地，步骤1)中所述的还原剂包括碱金属氢化物、碱金属硼氢化物、醛溶液中的至少一种。

进一步地，步骤1)中所述的表面活性剂包括非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂中的至少一种；

优选地，所述非离子表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物中的至少一种；

优选地，所述阴离子表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠；

优选地，所述阳离子表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵。

进一步地，步骤1)中所述铂盐溶液的浓度为0.08～0.12mol/L；