一种软模板法辅助合成碳纳米管负载贵金属催化剂的方法技术

一种软模板法辅助合成碳纳米管负载贵金属催化剂的方法。本发明专利技术属于直接甲醇燃料电池催化剂合成领域。本发明专利技术的目的是为了解决甲醇燃料电池的阳极催化剂成本高、易受CO毒化、稳定性差的技术问题。本发明专利技术的方法：以九水合硝酸铁、六水合氯铂酸、水合三氯化钌为金属前驱体，以丙三醇和去离子水为溶剂体系，基于十六烷基氯化铵与水杨酸钠形成的微乳液胶束软模板，在碳纳米管的负载下，在硼氢化钠作为还原剂的还原下，得到目标产物。本发明专利技术制得的纳米线形状改善了铂的催化活性，显著提高了铂的抗CO毒化能力，所得碳纳米管负载PtFeRu合金网状纳米线结构，碳纳米管负载同催化剂之间的依附更加紧密，在催化过程中具有稳定性好的特点。在催化过程中具有稳定性好的特点。在催化过程中具有稳定性好的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种软模板法辅助合成碳纳米管负载贵金属催化剂的方法


[0001]本专利技术属于直接甲醇燃料电池催化剂合成领域，具体涉及一种软模板法辅助合成碳纳米管负载贵金属催化剂的方法。

技术介绍

[0002]由于高的能量产率和低的环境影响，直接甲醇燃料电池(DMFC)代表了当今最有前途的能量转换技术之一。在纯金属中，铂对DMFC中的甲醇氧化反应(MOR)显示出最高的催化活性，但因为铂金属相对稀缺而昂贵，而且当铂掺入催化剂时，经常会出现表面中毒、颗粒长大和溶解等有害影响，所有这些都会导致MOR过程中可用的铂活性位点数量减少，从而表现出催化剂的动力学慢，耐久性差。
[0003]上述这些障碍阻碍了直接甲醇燃料电池的商业应用。为了降低成本并提高电催化活性和稳定性，学界已经认识到，含铂纳米结构的催化性能很大程度上取决于它们的形态和组成。因此目前人们致力于制造各种含铂的二元和三元纳米结构。但与二元合金相比，含铂的三元合金的合成更为困难，例如目前制备Pt基多元催化剂的方法主要有硬模板法和溶剂热法通常使用高温或高压的反应条件，并且引入多种表面活性剂，这些反应过程需要较苛刻实验条件和繁琐的后续处理工艺，对于工业化生产的流程来说无疑是增加了生产成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决甲醇燃料电池的阳极催化剂成本高、易受CO毒化、稳定性差的技术问题，而提供一种软模板法辅助合成碳纳米管负载贵金属催化剂的方法。
[0005]本专利技术的一种软模板法辅助合成碳纳米管负载贵金属催化剂的方法按以下步骤进行：r/>[0006]步骤1：将碳纳米管加入到去离子水和丙三醇的混合溶剂中，然后在室温下超声脱气20min～30min，得到碳纳米管分散液；
[0007]步骤2：向碳纳米管分散液中依次加入十六烷基氯化铵、水杨酸钠和金属前驱体，磁力搅拌30min～60min，得到胶束包覆的金属前驱体体系；
[0008]步骤3：将步骤2得到的胶束包覆的金属前驱体体系置于冰浴环境下，并向其中加入硼氢化钠，持续搅拌至无气泡产生，离心后洗涤，然后真空冷冻干燥，得到碳纳米管负载贵金属催化剂。
[0009]进一步限定，步骤1中所述混合溶剂中丙三醇的体积分数为5％～20％。
[0010]进一步限定，步骤1中所述混合溶剂中丙三醇的体积分数为10％。
[0011]进一步限定，步骤1中所述碳纳米管分散液中碳纳米管的浓度为0.5mg/mL～1mg/mL。
[0012]进一步限定，步骤1中所述碳纳米管分散液中碳纳米管的浓度为0.75mg/mL。
[0013]进一步限定，步骤2中所述胶束包覆的金属前驱体体系中十六烷基氯化铵的浓度
为1g/L～2g/L。
[0014]进一步限定，步骤2中所述十六烷基氯化铵与水杨酸钠的物质的量的比为(0.5～0.8)：1。
[0015]进一步限定，步骤2中所述金属前驱体为九水合硝酸铁、六水合氯铂酸和水合三氯化钌的混合物。
[0016]进一步限定，步骤2中所述胶束包覆的金属前驱体体系中九水合硝酸铁的浓度为0.5mM～1mM，六水合氯铂酸的浓度为0.5mM～1mM，水合三氯化钌的浓度为0.5mM～1mM。
[0017]进一步限定，所述金属前驱体中九水合硝酸铁、六水合氯铂酸和水合三氯化钌的物质的量的比为1：1：1。
[0018]进一步限定，步骤3中所述硼氢化钠的质量与胶束包覆的金属前驱体体系的体积的比为(100～200)mg：60mL。
[0019]进一步限定，步骤3中所述洗涤是先用乙醇清洗2～3次，再用去离子离心清洗。
[0020]进一步限定，步骤3中所述真空冷冻干燥的温度为
‑
40～
‑
50℃。
[0021]本专利技术与现有技术相比具有的显著效果：
[0022]1)本专利技术使用去离子水、丙三醇、水杨酸钠、十六烷基氯化铵的微乳液胶束体系包覆金属前驱体，在还原剂的作用下，合成含有特定元素的合金网状纳米线，这种简便的软模板法，实现了在不使用任何交联剂以及高温高压的情况下，利用微乳液的胶束体系制得碳纳米管负载的PtFeRu催化剂的目的，且PtFeRu纳米线能够高度分散于碳纳米管的表面。
[0023]2)本专利技术的金属前驱体离子在微乳液胶束体系的包覆下，由硼氢化钠还原的纳米线尺寸均匀，具有较大的比表面积，显著暴露了Pt的催化活性位点，有利于甲醇分子的催化氧化。
[0024]3)本专利技术制备的PtFeRu合金纳米线结构，Fe和Ru的引入与均匀分布显著改善了Pt的抗CO毒化能力。
[0025]4)本专利技术制备的碳纳米管负载PtFeRu合金纳米线结构，碳纳米管负载同催化剂之间的依附更加紧密，在催化过程中具有稳定性好的特点。
[0026]5)本专利技术的合成方法步骤简单，且成本低廉，适用于大规模的工业化生产。
[0027]6)聚醇(包括但不仅限于乙二醇)体系一般需要在醇类进行回流的温度下进行，实验步骤繁琐，实验条件苛刻。本专利技术的去离子水+丙三醇的混合体系实验方案对比聚醇体系最大的优点就在于实验步骤和条件简单，本专利技术通过严格控制溶剂体系中丙三醇的使用量来调控最终催化剂的形态，使最终催化剂为网状纳米线结构。
附图说明
[0028]图1为实施例1的催化剂对甲醇氧化性能的CV曲线图；
[0029]图2为实施例2的催化剂对甲醇氧化性能的CV曲线图；
[0030]图3为实施例3的催化剂对甲醇氧化性能的CV曲线图；
[0031]图4为对比例的催化剂对甲醇氧化性能的CV曲线图。
具体实施方式
[0032]实施例1：本实施例的一种软模板法辅助合成碳纳米管负载贵金属催化剂的方法
按以下步骤进行：
[0033]步骤1：将21.25mg碳纳米管加入到50mL去离子水和2.5mL丙三醇的混合溶剂中，然后在室温下超声脱气20min，得到浓度为0.5mg/mL的碳纳米管分散液；
[0034]步骤2：向碳纳米管分散液中依次加入60mg十六烷基氯化铵、45mg水杨酸钠和金属前驱体(九水合硝酸铁0.5mM，六水合氯铂酸0.5mM，水合三氯化钌0.5mM)，磁力搅拌30min，得到胶束包覆的金属前驱体体系；
[0035]步骤3：将步骤2得到的胶束包覆的金属前驱体体系置于冰浴环境下，并向其中加入180mg硼氢化钠，持续搅拌1h，无气泡产生，离心后先用乙醇清洗2～3次，再用去离子离心清洗，然后于
‑
40℃下真空冷冻干燥，得到碳纳米管负载贵金属催化剂(记为催化剂A)。
[0036]实施例2：本实施例的一种软模板法辅助合成碳纳米管负载贵金属催化剂的方法按以下步骤进行：
[0037]步骤1：将41.25mg碳纳米管加入到50mL去离子水和5mL丙三醇的混合溶剂中，然后在室温下超声脱气20min，得到浓度为0.75mg/mL的碳纳米管分散液；
[0038]步骤2：向碳纳米管分散液中依次加入70mg十六烷基氯化铵、5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种软模板法辅助合成碳纳米管负载贵金属催化剂的方法，其特征在于，该制备方法按以下步骤进行：步骤1：将碳纳米管加入到去离子水和丙三醇的混合溶剂中，然后在室温下超声脱气20min～30min，得到碳纳米管分散液；步骤2：向碳纳米管分散液中依次加入十六烷基氯化铵、水杨酸钠和金属前驱体，磁力搅拌30min～60min，得到胶束包覆的金属前驱体体系；步骤3：将步骤2得到的胶束包覆的金属前驱体体系置于冰浴环境下，并向其中加入硼氢化钠，持续搅拌至无气泡产生，离心后洗涤，然后真空冷冻干燥，得到碳纳米管负载贵金属催化剂。2.根据权利要求1所述的一种软模板法辅助合成碳纳米管负载贵金属催化剂的方法，其特征在于，步骤1中所述混合溶剂中丙三醇的体积分数为5％～20％。3.根据权利要求1所述的一种软模板法辅助合成碳纳米管负载贵金属催化剂的方法，其特征在于，步骤1中所述碳纳米管分散液中碳纳米管的浓度为0.5mg/mL～1mg/mL。4.根据权利要求1所述的一种软模板法辅助合成碳纳米管负载贵金属催化剂的方法，其特征在于，步骤2中所述胶束包覆的金属前驱体体系中十六烷基氯化铵的浓度为1g/L～2g/L。5.根据权利要求1所述的一种软模板法辅助合成碳纳米管负载贵金属催化剂的方法，其特征在于，步骤2中所述十六烷...

【专利技术属性】
技术研发人员：何伟东，张贵生，刘远鹏，袁博韬，韩杰才，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：