一种多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体及其制备方法和应用，属于燃料电池阳极电催化剂载体制备技术领域。本发明专利技术通过溶剂热合成技术合成了一种将多金属氧酸盐被封装在三维多面体结构的金属骨架内部的催化剂，该催化剂可在高温煅烧后保留中空多孔多面体结构，具体的将金属有机骨架前驱体与多金属氧酸盐溶液混合得到前体溶液，同时通过溶剂热合成技术得到将多金属氧酸盐封装在多面体结构的金属骨架内部，离心后热处理得到催化剂载体。利用该催化剂载体获得的电极材料具有较好的氢氧化电催化能力，氢氧化极限电流密度接近2.81mAcm

【技术实现步骤摘要】
一种多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体及其制备方法和应用，属于燃料电池阳极电催化剂载体制备


技术介绍

[0002]燃料电池由于其优异的性能逐渐的走进了人们的视线，燃料电池不需要进行燃烧的过程，所以也不受卡诺循环的限制，被认为是不久的将来的替代电源。在各种类型的燃料电池中，最有前途的是质子交换膜燃料电池(PEMFC)，它由阳极的氢氧化反应(HOR)和阴极的氧气还原反应(ORR)两个半反应组成。对于HOR反应来说，贵金属Pt催化剂是无法替代的，而目前从重整燃料流中获得的氢气避免不了含有CO，而CO很容易吸附在Pt表面、占据其表面活性位，减少了可用于氢气吸附的Pt表面，降低了Pt的利用率、电池性能不理想。因此，提供一种能够引入过渡金属基氮(碳)化物，能够从Pt表面解吸CO分子，提高HOR的CO耐受性的催化剂载体是十分必要的。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体及其制备方法和应用，通过引入过渡金属基氮(碳)化物，能够从Pt表面解吸CO分子，提高HOR的CO耐受性能。
[0004]本专利技术的技术方案：
[0005]一种多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体的制备方法，该方法的实现步骤如下：
[0006]步骤一，将无机过渡金属盐溶液和有机配体溶液混合，混合液在25℃～30℃条件下搅拌2h～12h，经过离心洗涤和真空干燥处理，得到金属有机框架前驱体；
[0007]步骤二，将金属有机框架前驱体和多酸氧酸盐分别溶解于有机溶剂中，两种溶液混合，将混合液水热处理，得到反应液；
[0008]步骤三，将反应液离心洗涤，然后真空干燥，在氮气气氛下进行热处理，得到多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体。
[0009]进一步限定，步骤一中混合液在25℃～30℃条件下搅拌4h～8h
[0010]进一步限定，步骤一中无机过渡金属盐为硝酸钴、硝酸锌、硝酸铜或氯化锆中一种或两种以上以任意比例混合。
[0011]进一步限定，步骤一中有机配体为对苯二甲酸、乙二胺四乙酸或甲基咪唑中一种或两种以上以任意比例混合。
[0012]进一步限定，步骤一混合液中无机过渡金属盐和有机配体的摩尔比为1：(1～20)。
[0013]更进一步限定，步骤一混合液中无机过渡金属盐和有机配体的摩尔比为1：(1～15)。
[0014]更进一步限定，步骤一混合液中无机过渡金属盐和有机配体的摩尔比为1：(1～10)。
[0015]进一步限定，步骤一混合液中有机配体浓度为60mmol/L～80mmol/L。
[0016]更进一步限定，步骤一混合液中有机配体浓度为50mmol/L～80mmol/L。
[0017]更进一步限定，步骤一混合液中有机配体浓度为60mmol/L～80mmol/L。
[0018]进一步限定，步骤一中配置无机过渡金属盐溶液和有机配体溶液中的有机溶液为无水甲醇或无水乙醇。
[0019]进一步限定，步骤一中在功率为400W～2000W条件下将无机过渡金属盐和有机配体超声分散在有机溶剂中，超声分散处理时间为5～60min。
[0020]更进一步限定，步骤一中在功率为400W～2000W条件下将无机过渡金属盐和有机配体超声分散在有机溶剂中，超声分散处理时间为5～30min。
[0021]进一步限定，步骤一中离心洗涤的操作过程为：在8000～10000rad/min的转速下离心处理5～8min，洗涤液为无水甲醇或无水乙醇，洗涤次数为3～5次。
[0022]进一步限定，步骤一中真空干燥处理的条件为：在60℃～80℃的条件下真空干燥10h～14h。
[0023]进一步选定，步骤二中多酸氧酸盐为磷钨酸、磷钼酸、钨磷酸钾、钼硅酸钠中一种或两种以上以任意比例混合。
[0024]进一步限定，步骤二中水热处理温度为70℃～120℃，时间为4h～8h。
[0025]进一步限定，步骤二中离心洗涤的操作过程为：在8000～10000rad/min的转速下离心处理5～8min，洗涤液为无水甲醇或无水乙醇，洗涤次数为3～5次。
[0026]进一步限定，步骤三中热处理条件为：在氮气气氛下，在600℃～1000℃下煅烧2h～4h。
[0027]进一步限定，步骤三中中真空干燥处理的条件为：在60℃～80℃的条件下真空干燥10h～14h。
[0028]本专利技术还提供了一种用于燃料电池的催化剂载体，具体是应用上述制备方法制备而成的。
[0029]本专利技术还提供了一种上述多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体的应用，该载体负载过渡金属后用于燃料电池HOR阳极电催化剂，催化燃料电池阳极的氢氧化反应。
[0030]与现有技术相比，本专利技术引入过渡金属基氮(碳)化物，能够从Pt表面解吸CO分子，提高HOR的CO耐受性。具体有益效果为：
[0031](1)本专利技术使用溶剂热合成法将多金属氧酸盐封装在制备的金属有机框架前驱体内部，离心后热处理后，获得多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体。该催化剂具有较好的氢氧化电催化能力，极限电流密度接近2.81mAcm
‑2。
[0032](2)本专利技术利用溶剂热合成方法，通过将制备的金属有机框架窗口打开，使多金属氧酸盐进入到金属有机框架内部，制备多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体，负载Pt之后，具有优异的HOR性能。
[0033](3)本专利技术制备的多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体具有过渡金属基氮(碳)化物，能够从Pt表面解吸CO分子，提高了Pt的利用率，继而提高电池性能。
[0034](4)本专利技术在制备多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体过程中进行碳化处理，有效增加催化剂的石墨化程度和导电性。
附图说明
[0035]图1为实施例1制备的多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体的X射线衍射图谱；
[0036]图2为实施例1制备的多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体的扫描电镜照片；
[0037]图3为不同实施例制备的多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体的线性扫描伏安法测试对比图；
[0038]图4为实施例2制备的多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体的扫描电镜照片；
[0039]图5为实施例3制备的多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体的扫描电镜照片；
[0040]图6为对比例1制备的多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体的扫描电镜照片；
[0041]图7为实施例1制备的多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体与对比例1制备的多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体的线性扫描伏安法测试对比图。
具体实施方式
[0042]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池催化剂载体的制备方法，其特征在于，步骤如下：步骤一，将无机过渡金属盐溶液和有机配体溶液混合，混合液在25℃～30℃条件下搅拌2h～12h，经过离心洗涤和真空干燥处理，得到金属有机框架前驱体；步骤二，将金属有机框架前驱体和多酸氧酸盐分别溶解于有机溶剂中，两种溶液混合，将混合液水热处理，得到反应液；步骤三，将反应液离心洗涤，然后真空干燥，在氮气气氛下进行热处理，得到多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体。2.根据权利要求1所述的燃料电池催化剂载体的制备方法，其特征在于，步骤一中无机过渡金属盐为硝酸钴、硝酸锌、硝酸铜或氯化锆中一种或两种以上以任意比例混合；有机配体为对苯二甲酸、乙二胺四乙酸或甲基咪唑中一种或两种以上以任意比例混合。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池催化剂载体的制备方法，其特征在于，步骤一混合液中无机过渡金属盐和有机配体的摩尔比为1：(1～20)。4.根据权利要求1所述的燃料电池催化剂载体的制备方法，其特征在于，步骤一混合液中有机配体浓度为60mmol/L～80mmol/L。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王蕾，李卓，宋玉宇，王保罗，曹鹏飞，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：