一种复合催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种复合催化剂及其制备方法与应用，该制备方法包括：S1.将氮源、催化剂、钴盐、钼酸盐和含碳骨架材料加入溶剂中，搅拌反应后水浴蒸干，煅烧水浴蒸干得到的固体；S2.将煅烧产物和稳定剂置于水中，随后加入铂源和还原剂，搅拌后抽滤、干燥，即得复合催化剂，本发明专利技术制得的复合催化剂呈稳定的三维结构，形貌尺寸相对均一，Co和Mo2C共包裹在三维氮掺杂碳中，避免了腐蚀和氧化，有效提升了复合催化剂的稳定性；制得的复合催化剂呈稳定的三维结构，具有较大的比表面积，暴露出更多的活性位点，显著提升了复合催化剂的MOR催化性能。显著提升了复合催化剂的MOR催化性能。显著提升了复合催化剂的MOR催化性能。

【技术实现步骤摘要】
一种复合催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种复合催化剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]直接甲醇燃料电池(DMFCs)是以质子交换膜为固体电解质，以甲醇作为阳极活性物质的燃料电池。直接甲醇燃料电池具有能量密度高、排放量低、效率高、原料来源广泛、易于存储和处理等优点，在便携式设备、新能源汽车等方面显示出良好的应用前景。直接甲醇燃料电池的核心组件包括阳极、阴极和电解质膜，其中，电极由扩散层和催化层组成，催化层是发生电化学反应的场所。在直接甲醇燃料电池体系中，铂基催化剂在酸性及碱性条件下均表现出良好的催化活性，但铂的成本较高，且铂属于软碱金属，易与软酸元素发生反应，造成铂中毒。
[0003]碳化钼作为早期稀缺的过渡金属碳化物之一，与铂族贵金属具有相似的电子结构，在析氢反应(HER)和析氧反应(OER)中均表现出优异的催化活性。然而，钼有大量未填满的d轨道，使产生的OHads等小分子物质与Mo之间形成很强的吸附键，从而导致较差的反应动力学。
[0004]为解决上述技术问题，相关技术中，通过在二维材料上原位生长一维碳纳米管制得一种仙人掌状仿生纳米结构催化剂(Co@NCNT/NCNS)，该催化剂是由零维金属钴(Co)、一维氮掺杂碳纳米管(NCNT)和二维氮掺杂碳纳米片(NCNS)构成，在高温气氛下，Co催化作用诱发二维NCNS上原位生长出一维NCNT阵列结构，且Co位于碳管内部。然而，该方法制得的催化剂的MOR催化活性(即甲醇氧化反应的催化活性)和稳定性不佳。<br/>
技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于提供一种复合催化剂的制备方法，以提高上述催化剂的MOR催化活性和稳定性；目的之二在于提供一种根据如上所述的制备方法制得的复合催化剂；目的之三在于提供根据如上所述的制备方法制得的复合催化剂或如上所述的复合催化剂在甲醇燃料电池中的应用。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]第一个方面，本申请提供一种复合催化剂的制备方法，所述制备方法包括：
[0008]S1.将氮源、催化剂、钴盐、钼酸盐和含碳骨架材料加入溶剂中，搅拌反应后水浴蒸干，煅烧水浴蒸干得到的固体；
[0009]S2.将煅烧产物和稳定剂置于水中，随后加入铂源和还原剂，搅拌后抽滤、干燥，即得所述复合催化剂。
[0010]在一些实施例中，步骤S1中，所述氮源包括三聚氰胺、尿素或二者的混合物。
[0011]在一些实施例中，步骤S1中，所述催化剂包括聚环氧乙烷
‑
聚环氧丙烷
‑
聚环氧乙烷三嵌段共聚物(以下简称P123)。
[0012]在一些实施例中，步骤S1中，所述钴盐包括氯化钴(或其水合物)、硫酸钴(或其水
合物)和硝酸钴(或其水合物)中的至少一种。
[0013]应理解的是，本申请中，氯化钴、硫酸钴和硝酸钴包括其本申请及其相应的水合物。
[0014]在一些实施例中，步骤S1中，所述钼酸盐包括钼酸铵(或其水合物)、钼酸钴(或其水合物)或二者的混合物。
[0015]应理解的是，本申请中，钼酸铵和钼酸钴包括其本申请及其相应的水合物。
[0016]在一些实施例中，步骤S1中，所述含碳骨架材料包括D
‑
氨基葡萄糖盐酸盐(以下简称GAH)。
[0017]在一些实施例中，步骤S1中，所述钴盐与钼酸盐的摩尔比为1：1
‑
10：1，优选为1：1
‑
5：1。
[0018]在一些实施例中，步骤S1中，所述氮源与钼酸盐的摩尔比为50：1
‑
100：1，优选为60：1
‑
10：1。
[0019]在一些实施例中，步骤S1中，所述催化剂与钼酸盐的摩尔比为0.1：1
‑
1：1，优选为0.5：1
‑
1：1。
[0020]在一些实施例中，步骤S1中，所述含碳骨架材料与钼酸盐的摩尔比为20：1
‑
50：1，优选为30：1
‑
50：1。
[0021]在一些实施例中，步骤S1中，所述溶剂包括水和醇的混合溶剂，水和醇的体积比为1
‑
5：1
‑
5，优选为1
‑
2：1
‑
2。所述醇可以列举甲醇等物质。
[0022]在一些实施例中，步骤S1中，所述水浴蒸干的温度为70
‑
90℃，优选为75
‑
90℃。
[0023]在一些实施例中，步骤S1中，所述煅烧包括：在保护气体气氛下，于400
‑
600℃温度下煅烧0.5
‑
2h，接着于700
‑
1000℃温度下煅烧1
‑
3h，优选地，在保护气体气氛下，于400
‑
500℃温度下煅烧0.5
‑
2h，接着于800
‑
1000℃温度下煅烧1
‑
3h。
[0024]需要说明的是，本申请中，术语“保护气体”是指氮气、氩气、氦气、氙气中的至少一种。
[0025]在一些实施例中，步骤S2中，所述煅烧产物与稳定剂的质量比为：1：0.5
‑
1：2，优选为1：1.25
‑
1：2。
[0026]在一些实施例中，步骤S2中，所述铂源与稳定剂的质量比为：1：1
‑
1：5，优选为1：2.5
‑
1：5。
[0027]在一些实施例中，步骤S2中，所述还原剂与稳定剂的质量比为：1：5
‑
1：15，优选为1：10
‑
1：15。
[0028]在一些实施例中，步骤S2中，所述铂源包括H2PtCl6.
·
H2O、Na2[PtCl6]、K2[PtCl6]和(NH4)2[PtCl6]中的至少一种。
[0029]在一些实施例中，步骤S2中，所述稳定剂括柠檬酸三钠、水滑石钙锌、环氧化合物和多元醇类的至少一种。本申请中，多元醇是指碳原子数为4
‑
11的醇类物质。
[0030]在一些实施例中，步骤S2中，所述还原剂包括硼氢化钠(即NaBH4)、氢化铝锂(LiAlH4)和硼氢化镍(Ni(BH4)2中的至少一种。
[0031]第二个方面，本申请提供一种根据如上所述的制备方法制得的复合催化剂。
[0032]第三个方面，本申请提供一种根据如上所述的制备方法制得的复合催化剂或如上所述的复合催化剂在甲醇燃料电池中的应用。
[0033]本专利技术的有益效果：
[0034]本专利技术制得的复合催化剂呈稳定的三维结构，形貌尺寸相对均一，Co和Mo2C共包裹在三维氮掺杂碳中，避免了腐蚀和氧化，有效提升了复合催化剂的稳定性。
[0035]本专利技术制得的复合催化剂呈稳定的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：S1.将氮源、催化剂、钴盐、钼酸盐和含碳骨架材料加入溶剂中，搅拌反应后水浴蒸干，煅烧水浴蒸干得到的固体；S2.将煅烧产物和稳定剂置于水中，随后加入铂源和还原剂，搅拌后抽滤、干燥，即得所述复合催化剂。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述氮源包括三聚氰胺、尿素或二者的混合物。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述催化剂包括聚环氧乙烷
‑
聚环氧丙烷
‑
聚环氧乙烷三嵌段共聚物。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述钴盐包括氯化钴、硫酸钴和硝酸钴中的至少一种。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述含碳骨架材料包括D
‑
氨基葡萄糖盐酸盐。6.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖芳芳，吴振豪，涂少旭，谭璐，
申请(专利权)人：重庆长安新能源汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：