[发明专利]一种低温燃料电池用氮化三维载体担载铂钴铱合金结构催化剂的制备方法

摘要

本发明涉及一种低温燃料电池用氮化三维载体担载铂钴铱合金结构催化剂的制备方法。具体的说是，首先将碳纳米管氧化预处理，再进行氧化石墨烯还原及其与含氧碳纳米管的氮化及三维组装，接着进行完成二维TaC纳米片层在三维组装载体上原位合成，继而完成金属纳米颗粒的担载，之后除去PtCoIr合金纳米颗粒中的不稳定的钴元素，最后热处理促使PtCoIr合金纳米颗粒的充分合金化。测试发现，其氧还原催化活性与稳定性良好。采用该制备方法得到的电催化剂在低温质子交换膜燃料电池方面具有巨大的应用前景。

主权项

1.一种低温燃料电池用氮化三维载体担载铂钴铱合金结构催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)碳纳米管的氧化预处理：将碳纳米管与浓硫酸/浓硝酸(体积比为3:1)溶液混合，超声分散均匀后，搅拌氧化处理，使碳纳米管表面增加含氧官能团(‑OH与‑COOH)浓度，便于进一步的组装及担载；反应完成后，冷却至室温、离心、洗涤、真空干燥，即可得到含氧官能团的含氧碳纳米管；(2)氧化石墨烯还原及其与含氧碳纳米管的氮化及三维组装：取步骤(1)得到的含氧碳纳米管、氧化石墨烯水溶液、去离子水及环六亚甲基四胺(C₆H₁₂N₄)进行混合搅拌，初步完成氧化石墨烯与含氧碳纳米管的三维组装，同时，使C₆H₁₂N₄附着到氧化石墨烯及碳纳米管上；将上述混合液转移到水热釜中、密封，搅拌进行混合；水热过程，彻底完成氧化石墨烯与含氧碳纳米管的三维组装，氧化石墨烯被还原为石墨烯，C₆H₁₂N₄分解释放的N修饰到石墨烯和碳纳米管上；将上述溶液冷却至室温、离心、洗涤、在去离子水中重新分散，即可得到氮修饰的石墨烯与含氧碳纳米管的三维组装载体的水溶液；(3)二维TaC纳米片层在三维组装载体上原位合成：取步骤(2)得到的氮修饰的石墨烯与含氧碳纳米管的三维组装载体的水溶液和K₂TaF₇超声分散均匀，将上述溶液进行搅拌蒸发至溶胶状，冷冻干燥，将上述混合物在Ar或N₂气氛中热处理，即可得到二维TaC纳米片层与三维组装载体的复合材料；(4)完成金属纳米颗粒的担载：取(3)得到的二维TaC纳米片层与三维组装载体的复合材料、Pt前驱体、Co前驱体、Ir前驱体和溶剂混合并超声分散均匀，促使Pt前驱体、Co前驱体和Ir前驱体充分混合均匀，并进入三维组装载体复合材料的空间内；在搅拌条件下，向上述溶液中，逐滴加入硼氢化钠的溶液反应，将上述溶液冷却至室温，离心，洗涤，真空干燥，即可得到三维组装载体复合材料担载的PtCoIr合金纳米颗粒；(5)除去PtCoIr合金纳米颗粒中的不稳定的钴元素：取步骤(4)得到的三维组装载体复合材料担载的PtCoIr合金纳米颗粒，于酸溶液中进行加热处理，除去不稳定的Co元素；(6)促使PtCoIr合金纳米颗粒的充分合金化：取步骤(5)得到的除去不稳定的Co元素的三维组装载体复合材料担载的PtCoIr合金纳米颗粒，于Ar或N2气氛中，加热，促使三种元素充分的合金化，即可得到燃料电池用二维TaC纳米片层与三维组装载体的复合材料担载的PtCoIr合金纳米颗粒催化剂。