[发明专利]一种以含氧、硼碳纳米管为载体的高活性铂基催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及燃料电池催化剂领域，尤其是一种以含氧、硼碳纳米管为载体的高活性铂基催化剂及其制备方法；在碳纳米管表面引入一定量的含氧基团，得到样品1；样品1的乙二醇溶液与六水合氯化镍、甲酸加热反应，反应结束后过滤烘干得到样品2；样品2溶于去离子水中，加入硼氢化钠，反应结束后过滤烘干得到样品3；将样品3溶于乙二醇中，分散均匀，加入溶液2和溶液3，得到溶液4，将溶液4在室温下磁力搅拌后置于微波反应器中反应，反应结束后用去水洗、过滤，烘干到样品4；本发明中的处理方法，操作流程简单，可行性高，能够节约成本；同时，此方案能够给予碳纳米管充足的缺陷以作为负载铂的活性位点，这一点可在Raman图中得到验证。

技术领域

本发明涉及燃料电池催化剂领域，尤其是一种以含氧、硼碳纳米管为载体的高活性铂基催化剂及其制备方法。

背景技术

阴极氧还原反应速率是影响质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的关键因素。炭黑负载铂作为此反应的常用催化剂，其高成本、低活性等问题严重影响了PEMFC的商业化进程。碳纳米管具有优异的导电性、导热性、耐腐蚀性，是潜力巨大的载体材料。已有研究者对其进行改性之后，将其用作铂基催化剂的载体：Kim等已成功将Pt负载到改性后的碳纳米管上，并取得了较好的催化活性；Li等在碳纳米管上制备出Pt纳米线，Pt与碳纳米管之间有协同效应，所制备材料性能远超商用的Pt/C催化剂；Wang等使用Nafion处理后的碳纳米管作为载体，使得负载的铂颗粒更加均匀。

碳纳米管之间具有较强的范德瓦耳斯力而表现出疏水性，在实际应用中难以分散；此外，其表面缺陷少，几乎没有任何官能团，难以吸附金属颗粒。因此须先进行表面改性，才能作为催化剂载体使用。现有的改性方法存在流程复杂、成本过高的问题，此外，所制备的铂/碳纳米管催化剂，表现出的氧还原活性不佳。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术中的不足，提供一种以含氧、硼碳纳米管为载体的高活性铂基催化剂及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种以含氧、硼碳纳米管为载体的高活性铂基催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1在碳纳米管表面引入一定量的含氧基团，得到样品1；

S2样品1的乙二醇溶液与六水合氯化镍、甲酸加热反应，反应结束后过滤烘干得到样品2；

S3样品2溶于去离子水中，加入硼氢化钠，反应结束后过滤烘干得到样品3；

S4配制氯铂酸的乙二醇溶液记为溶液2，配制10％的氢氧化钠水溶液，记为溶液3；

S5将样品3溶于乙二醇中，分散均匀，加入溶液2和溶液3，得到溶液4，将溶液4在室温下磁力搅拌后置于微波反应器中反应，反应结束后用去水洗、过滤，烘干到样品4。

进一步的，所述步骤S1的具体步骤包括：取0.5g碳纳米管，在75mL浓硫酸和25mL浓硝酸的混合溶液中，70℃下回流反应2～3h，反应结束后，洗涤、过滤、烘干得到样品1。

进一步的，所述步骤S2具体包括：将0.1g样品1溶于30～50mL乙二醇中，并超声分散均匀，后加入20～30mL去离子水，再次超声分散均匀，得到溶液1；

将溶液1置于烧瓶中，并加入0.01～0.1g六水合氯化镍与0.01～0.1g甲酸，于80℃下油浴锅中反应2～3h，期间使用氮气保护，反应结束后将其过滤至中性并烘干得到样品2。

进一步的，所述步骤S4具体包括：溶液2中氯铂酸、乙二醇的质量比为1∶50。

进一步的，称取0.1g样品3溶于30～50g乙二醇，超声分散后加入15～20g水，继续超声分散均匀；再加入2.5～5g溶液2和0.2～0.5g溶液3，得到溶液4；