[发明专利]富含拓扑缺陷的碳材料/铂复合材料、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种富含拓扑缺陷的碳材料/铂复合材料、其制备方法及应用。所述制备方法包括：在氨气氛围下，通过对氮掺杂的碳材料进行高温氨气热处理，获得富含拓扑缺陷的碳材料；以所述富含拓扑缺陷的碳材料为基底，在其表面通过氯铂酸受乙二醇的还原反应负载铂纳米颗粒，获得富含拓扑缺陷的碳材料/铂复合材料。本发明提供的制备方法简单易行，获得的富含拓扑缺陷的碳材料作基底负载铂纳米颗粒复合材料通过金属铂纳米颗粒与碳缺陷之间的作用提高了铂在氧气电化学还原反应中的本征活性和稳定性；该复合材料在氧气电还原催化反应中具有高超的活性和优异的稳定性，因此可作为氧气电化学还原催化剂的应用。

技术领域

本发明属于电化学氧气还原技术领域，涉及一种富含拓扑缺陷的碳材料/铂复合材料的制备方法，尤其涉及一种富含拓扑缺陷的碳材料作基底负载铂纳米颗粒复合材料的制备方法，以及其在氧气电还原催化反应中的应用。

背景技术

工业革命以来石油煤炭等化石燃料成为主要的能量来源，由于化石燃料的过度使用引起了温室效应等严重的环境问题。因而，寻求清洁能源受到了广泛的关注。燃料电池作为一种环境友好型能源转化技术可以有效地减缓化石燃料带来的环境问题。因此，近几十年来燃料电池技术深入研究。

燃料电池是一种被广泛关注的技术，经过了几十年的研究仍然存在许多技术上的难题。燃料电池的阴极是电化学氧还原反应，由于该反应为4电子转移的反应导致了其动力学上的惰性。因此，燃料电池阴极催化剂的选择成为制约燃料电池技术发展得瓶颈之一。目前较好的催化剂主要为铂基的催化剂。然而由于铂价格昂贵导致了高额的成本，所以需要通过调节铂基催化剂的结构来减少铂的用量，提高其本增活性。

发明内容

针对上述技术现状，本发明的主要目的在于提供一种富含拓扑缺陷的碳材料作基底负载铂纳米颗粒复合材料及其制备方法，从而克服了现有技术中的不足。

本发明的另一目的在于提供所述富含拓扑缺陷的碳材料作基底负载铂纳米颗粒复合材料在氧气电还原催化反应中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种富含拓扑缺陷的碳材料/铂复合材料的制备方法，其包括：

提供富含拓扑缺陷的碳材料；

以所述富含拓扑缺陷的碳材料为基底，在所述富含拓扑缺陷的碳材料表面负载铂纳米颗粒，获得富含拓扑缺陷的碳材料/铂复合材料。

在一些实施方案中，所述制备方法包括：将富含拓扑缺陷的碳材料、铂盐和乙二醇水溶液混合，之后将所获混合体系在加热回流条件下反应获得富含拓扑缺陷的碳材料/铂复合材料。

在一些实施方案中，所述制备方法包括：在氨气氛围下，通过对氮掺杂的碳材料进行高温氨气热处理，获得所述富含拓扑缺陷的碳材料。

在一些实施方案中，所述富含拓扑缺陷的碳材料包括氮掺杂的石墨烯、氮掺杂的碳纳米管、氮掺杂的无定形碳中的任意一种或两种以上的组合。

进一步地，所述加热回流的温度为120～140℃。

本发明实施例还提供了由前述方法制备的富含拓扑缺陷的碳材料/铂复合材料。

本发明实施例还提供了前述富含拓扑缺陷的碳材料/铂复合材料于氧气电还原催化反应中的应用。

相应的，本发明实施例还提供了一种氧气电化学还原催化剂，其包括前述的富含拓扑缺陷的碳材料/铂复合材料。

与现有技术相比，本发明获得的富含拓扑缺陷的碳材料作基底负载铂纳米颗粒复合材料具有如下有益效果：

(1)本发明提供的制备方法简单易行，获得的富含拓扑缺陷的碳材料作基底负载铂纳米颗粒复合材料通过金属铂纳米颗粒与碳缺陷之间的作用提高了铂在氧气电化学还原反应中的本征活性和稳定性；