本发明专利技术公开了一种燃料电池催化剂Pt‑CrN/石墨烯复合体的制备和应用。所述制备方法包括：(1)利用氧化石墨和铬盐制得CrN/石墨烯复合体；(2)利用将铂盐、溶剂和CrN/石墨烯复合体制得Pt‑CrN/石墨烯复合体。本发明专利技术制备的产品作为燃料电池催化剂，具有优异的阳极氧化、阴极氧还原性能。工艺简单，成本低，可控性好，可重复性好，可适于大规模生产。本发明专利技术解决了现有制备CrN/纳米碳复合体的技术中存在的成本昂贵，条件苛刻，工艺复杂的问题。本发明专利技术制备的燃料电池催化剂Pt‑CrN/石墨烯复合体可应用于甲醇、甲酸、乙醇电氧化以及氧还原反应催化剂。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池催化剂的领域，具体涉及一种。
技术介绍
燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化成电能的发电装置。它以燃料作为电池负极活性物质，在负极发生氧化反应；氧作为燃料电池的正极活性物质，在正极发生还原反应。正极和负极之间由只具有离子导电性的电解质隔开，这样燃料的氧化反应与氧的还原反应是分别在两个场所发生，反应物与反应产物之间的能差以正、负极的电位差及流过外电路的电流释放出来。它与一般电池不同之处在于燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是起催化转换作用，所需燃料(氢或甲烷、天然气、煤气、甲醇、乙醇、汽油等石化燃料或生物能源重整制取)和氧(或空气)不断由外界输入。燃料电池因其高效且环保的发电方式，将成为柴油发电机和燃气轮机发电机的替代产品。欧洲、北美地区的发达国家竞相投入巨资开发并且已取得了许多重要成果。燃料电池技术现已发展到实用阶段，尤其在国防领域，它的应用范围越来越广泛，例如德国常规潜艇的燃料电池AIP (Air IndependentPropuls1n)系统取得了令人瞩目的成绩。虽然燃料电池在可靠性、耐久性等方面取得了一定的进步，但是要达到真正的实用化，还存在诸多不足。燃料电池的使用成本目前相对较高是限制其大规模应用的主要因素。其中，催化剂中Pt的大量使用是导致其成本居高不下的重要原因。因此，如何寻找廉价、高活性及高稳定性的燃料电池催化剂已成为当前的研究热点。
技术实现思路
为了解决现有燃料电池催化剂制备成本高、工艺复杂、活性低而导致无法真正燃料电池商业化的问题。本专利技术的首要目的是为了提供燃料电池催化剂Pt-CrN/石墨烯复合体的制备方法，该制备方法工艺简单、成本低、可控性好、可重复性好，可适于大规模生产性能优异的燃料电池阳极氧化、阴极氧还原的催化剂Pt-CrN/石墨烯复合体。本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法获得的燃料电池催化剂Pt-CrN/石墨稀复合体。本专利技术的再一个目的在于提供上述燃料电池催化剂Pt-CrN/石墨烯复合体的应用。本专利技术目的通过以下技术方案实现:—种燃料电池催化剂Pt-CrN/石墨烯复合体的制备方法，包括以下步骤:(I)CrN/石墨烯复合体的制备:将氧化石墨和铬盐加入到溶剂中，超声、搅拌完全溶解后，于110?150°C加热4?12h ;将产物水洗、烘干后，然后在氨化气氛下，以5?12°C /min的升温速率，升温至500?900°C并保温2?6h进行氮化处理，制得CrN/石墨烯复合体；(2)Pt-CrN/石墨烯复合体的制备:将铂盐溶解在溶剂乙二醇中，加入一定质量步骤(I)所制备的CrN/石墨烯复合体，超声、搅拌使其分散均匀，然后在120?160°C反应I?3h ;将产物洗涤、烘干，得到所述燃料电池催化剂Pt-CrN/石墨稀复合体。步骤(I)中所述的铬盐为Cr (NO3) 3、Cr (ClO4) 3、Cr2 (SO4) 3、CrCl3, K2Cr2O7, K2CrO4^PNa2CrO4中的一种。步骤(I)中所述的溶剂为水、甲醇、乙醇和异丙醇中的一种或其中几种按任意比混合的混合物。步骤(I)中所述的铬盐与氧化石墨的质量比为0.3:1?3:1，溶剂与铬盐的质量比为 20:1 ?100:1。步骤(I)中所述的超声处理的功率为60?110W，搅拌速度为120?180转/分钟，搅拌时间为2?5h。步骤(I)中所述的氨化气氛为氨气，或者氨气与氮气按照体积比为1:1?2:1的混合气体，氨化气氛的气体流量为80?130mL/min。步骤(2)中所述的铂盐为氯铂酸、氯铂酸钾和氯铂酸钠中的一种。步骤⑵中所述的铂盐与CrN/石墨烯复合体的质量比为0.15:1?0.5:1，可以优选为0.15:1?0.4:1，或0.15:1?0.3:1 ;铂盐与乙二醇的质量比为0.0015:1?0.006:1。步骤⑵中所述的超声处理的功率为80?130W，搅拌速度为150?210转/分钟，搅拌时间为0.5?Ih。本专利技术还提供了一种由上述制备方法获得的燃料电池催化剂Pt-CrN/石墨烯复合体。上述燃料电池催化剂Pt-CrN/石墨烯复合体可应用于甲醇、甲酸、乙醇电氧化以及氧还原反应催化剂。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果:(I)本专利技术的工艺简单，成本低，可控性好，可重复性好的方法，适于大规模生产；本专利技术解决了现有制备CrN/纳米碳复合体的技术中存在的成本昂贵，条件苛刻，工艺复杂的问题。(2)本专利技术制备的产品作为燃料电池催化剂，具有优异的燃料电池阳极氧化及阴极氧还原催化活性。【附图说明】图1是具体实施例25制备的CrN/石墨烯复合体的X-射线衍射谱图。图2是具体实施例25制备的CrN/石墨烯复合体的拉曼光谱图。【具体实施方式】下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。实施例1:本实施方式燃料电池催化剂Pt-CrN/石墨烯复合体的制备方法是由下述步骤完成的:(I)CrN/石墨烯复合体的制备:将Cr (NO3)3和氧化石墨加入到水中，其中Cr(NO3)3与氧化石墨的质量比为0.3:1，水与铬盐的质量比为100:1 ;在功率为60W条件下超声、180转/分钟的搅拌速度下搅拌5h完全溶解后，再在110°C加热12h ;水洗、烘干后，然后在氨气气氛下，氨气流量为80mL/min，以5°C /min的升温速率，升温至500°C并保温6h进行氮化处理，制得CrN/石墨稀复合体；(2)Pt-CrN/石墨烯复合体的制备:将氯铂酸钾溶解在溶剂乙二醇中，加入一定质量步骤⑴所制备的CrN/石墨烯复合体，其中氯铂酸钾与CrN/石墨烯复合体的质量比为0.15:1，氯铂酸钾与乙二醇的质量比为0.0015:1，在功率为80W条件下超声、150转/分钟的搅拌速度下搅拌0.5h使其分散均匀，然后在120°c反应3h ;洗涤、烘干，得到了 Pt-CrN/石墨烯复合体。采用电化学工作站的循环伏安测试法测试催化剂的甲醇电氧化催化活性，其质量电流密度达到1500A/g Pt，为商业Pt/C催化剂的7.5倍。实施例2:本实施方式与【具体实施方式】I不同的是:步骤(I)中所述的铬盐为Cr (ClO4)30采用电化学工作站的循环伏安测试法测试催化剂的甲醇电氧化催化活性，其质量电流密度达到1200A/g Pt，为商业Pt/C催化剂的6倍。实施例3:本实施方式与【具体实施方式】2不同的是:步骤(I)中所述的铬盐为Cr2 (SO4) 3。采用电化学工作站的循环伏安测试法测试催化剂的甲醇电氧化催化活性，其质量电流密度达到1000A/g Pt，为商业Pt/C催化剂的5倍。实施例4:本实施方式与【具体实施方式】3不同的是:步骤(I)中所述的铬盐为CrCl30采用电化学工作站的循环伏安测试法测试催化剂的甲醇电氧化催化活性，其质量电流密度达到1100A/g Pt，为商业Pt/C催化剂的5.5倍。实施例5:本实施方式与【具体实施方式】4不同的是:步骤(I)中所述的铬盐为K2Cr207。采用电化学工作站的循环伏安测试法测试催化剂的甲醇电氧化催化活性，其质量电流密度达到1400A/g Pt，为商业P本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃料电池催化剂Pt‑CrN/石墨烯复合体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将氧化石墨和铬盐加入到溶剂中，超声、搅拌完全溶解后，于110～150℃加热4～12h；将产物水洗、烘干后，然后在氨化气氛下，以5～12℃/min的升温速率，升温至500～900℃并保温2～6h进行氮化处理，制得CrN/石墨烯复合体；(2)将铂盐溶解在溶剂乙二醇中，加入一定质量步骤(1)所制备的CrN/石墨烯复合体，超声、搅拌使其分散均匀，然后在120～160℃反应1～3h；将产物洗涤、烘干，得到所述燃料电池催化剂Pt‑CrN/石墨烯复合体。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：袁定胜，王蕾，
申请(专利权)人：广东南海普锐斯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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