[发明专利]一种以氮掺杂碳为载体的碳载铂催化剂的制备方法

说明书

本发明公开一种以氮掺杂碳为载体的碳载铂催化剂的制备方法，其制备原料包括苯二胺5～25份、苯二甲酸5～25份、非贵金属源1～10份、导电炭黑5～40份、酸10～20份、碱8～10份、乙二醇8～10份和铂源1～20份，以重量份计；制备方法包括以下步骤：a制备氧还原非铂电催化剂中间体；b制备以氮掺杂为载体的碳载铂催化剂；原位引入铂纳米粒子，后置于油浴中恒温加热还原反应，得到第二反应液；然后将溶液pH值调至3～4，离心分离，得到以氮掺杂为载体的碳载铂催化剂。本发明方法不仅有利于活性位在炭黑表面的均匀分布，增加了活性位密度，降低了氧还原副产物H₂O₂产率，而且富含氮的碳载基体有利于锚定铂纳米颗粒，保证了催化剂的活性和长期稳定性。

技术领域

本发明涉及一种氧还原电催化剂的制备方法，具体地说是涉及一种以氮掺杂碳为载体的碳载铂催化剂的制备方法。

背景技术

目前，大力发展新能源汽车是应对全球能源短缺和环境污染的重大战略举措。在众多的新能源汽车中，燃料电池汽车因其具有零排放、效率高、燃料来源多元化、能源可再生等优势而被认为是未来汽车工业可持续发展的重要方向，也是解决全球能源问题和气候变化的理想方案。然而，当前影响燃料电池大规模商业化的主要问题是必须使用大量铂催化剂，尤其是阴极氧还原反应，从而导致燃料电池价格非常昂贵。因此，研制非铂催化剂以及铂与非铂催化剂结合使用引起了很大关注。

申请号为201910563565.3的中国发明专利公开了一种以芳纶酰胺为主要前驱体的氧还原电催化剂的制备方法，该方法所制备的氧还原电催化剂不含有贵金属或含有超低含量的贵金属，而且采用廉价的含氮化合物取代卟啉、酞菁等价格昂贵的大环化合物，很大程度上降低了成本，但氧还原电催化剂的性能仍有待于进一步提升。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提出一种以氮掺杂碳为载体的碳载铂催化剂的制备方法。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种以氮掺杂碳为载体的碳载铂催化剂的制备方法，该碳载铂催化剂的制备原料包括苯二胺5～25份、苯二甲酸5～25份、非贵金属源1～10份、导电炭黑5～40份、酸10～20份、碱8～10份、乙二醇8～10份和铂源1～20份，以重量份计；

制备方法包括以下步骤：

a制备氧还原非铂电催化剂中间体

a1将导电炭黑溶解在去离子水中，超声分散均匀，得到导电炭黑溶液；

a2向导电炭黑溶液中依次加入酸和苯二胺，搅拌均匀，再加入苯二甲酸，在30～80℃反应8～12小时，得到第一反应液；

a3将第一反应液抽滤，清洗，干燥得到复合导电炭黑，再将复合导电炭黑溶解在去离子水中，得到复合导电炭黑溶液，向复合导电炭黑溶液中加入非贵金属源，进行旋转蒸发、干燥、粗磨，得到掺有非贵金属的复合导电炭黑；

a4将掺有非贵金属的复合导电炭黑进行热处理，得到氧还原非铂电催化剂中间体；

b制备以氮掺杂为载体的碳载铂催化剂

b1原位引入铂纳米粒子

将碱溶解于部分乙二醇溶液中，得到碱溶液；将铂源溶解于剩余乙二醇溶液中，得到铂源溶液；将氧还原非铂电催化剂中间体置于反应容器中，然后向反应容器中加入碱溶液搅拌均匀，再加入铂源溶液搅拌均匀，后置于油浴中恒温加热还原反应，反应完成后在空气中继续搅拌冷却至室温，得到第二反应液；

b2用0.1M HCl将第二反应液的pH值调至3～4，离心分离，再用去离子水洗涤、离心，得到以氮掺杂为载体的碳载铂催化剂。

优选的，各原料的重量份配比为：苯二胺10～20份、苯二甲酸15～20份、非贵金属源5～7份、导电炭黑10～20份、酸12～15份、碱8～10份、乙二醇8～10份和铂源5～10份。