一种载体及其制备方法和应用技术

一种载体及其制备方法和应用，属于催化剂制备技术领域；方法包括：把碳源和氮源分散于溶剂中，得到混合溶液；对混合溶液进行微波处理和水热处理，得到掺N碳量子点清液；把掺N碳量子点清液中的掺N碳量子点修饰到载体本体，得到载体；通过采用微波处理配合水热处理的方式来制备掺N碳量子点，可较好的控制掺N碳量子点的成核点和掺N碳量子点的尺寸，并将该掺N碳量子点修饰到载体本体上形成载体，催化活性物质会沉积在未被掺N碳量子点占据的其它载体位点或掺N碳量子点上，有效减小了催化活性物质颗粒间的空间位阻，提高催化活性物质的活性位点的利用率。同时，载体上引入掺N碳量子点导致催化活性物质结合能增加，催化活性得以提升。催化活性得以提升。催化活性得以提升。

【技术实现步骤摘要】
一种载体及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及催化剂制备
，具体而言，涉及一种载体及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于其零排放和高能源效率，是最环保的发电设备之一。PEMFC是一种电化学转换装置，它将燃料和氧化剂转化为电化学反应的电能，氢氧化反应(HOR)发生在阳极，而氧还原反应(ORR)发生在燃料电池的阴极。其中，阴、阳极催化剂是PEMFC的核心材料，因此，提高阴、阳极催化剂的活性以及稳定性是其发展的关键。
[0003]载体材料对提高PEMFC电催化剂的活性和稳定性具有重要的影响。首先是对催化剂活性的影响。目前应用最广泛的载体是传统的Vulcan XC
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72，但由于该种碳材料在燃料电池工作环境下易腐蚀，使金属粒子容易发生团聚、迁移现象，造成活性的显著下降。其次，载体对催化剂的稳定性也有影响。增强载体与活性粒子之间结合力，可以有效的防止金属粒子的迁移团聚。因此，催化剂载体的改进，是提高催化剂活性和稳定性的有效途径之一。
[0004]催化剂载体的改进可以从以下两个方面着手，一是采用新型碳材料抑制载体的腐蚀，如介孔碳、碳纳米管、石墨烯以及碳纳米纤维等。它们具有比表面积大、导电性好以及催化效率高等优点，有利于降低催化剂的载量以及整个电池的成本。二是采用新型的载体材料，如氮化物(TiN、BN)、碳化物(WC、TiC)、无机金属氧化物(SnO2、CeO2)以及导电聚合物等。它们可以增强金属载体相互作用、提高催化剂的耐腐蚀性等。然而，它们在比表面积方面还不太理想，均低于现有的载体材料。
[0005]有人提出了采用碳量子点来修饰载体的方法来解决上述问题，但采用该载体的催化剂的ORR活性仍有待改进。

技术实现思路

[0006]本申请提供了一种载体及其制备方法和应用，其能够提高催化剂的ORR活性。
[0007]第一方面，本申请实施例提供了一种载体的制备方法，所述方法包括：
[0008]把碳源和氮源分散于溶剂中，得到混合溶液；
[0009]对所述混合溶液进行微波处理和水热处理，得到掺N碳量子点清液；
[0010]把所述掺N碳量子点清液中的掺N碳量子点修饰到载体本体，得到载体。
[0011]在上述实施过程中，通过采用微波处理配合水热处理的方式来制备掺N碳量子点，可较好的控制掺N碳量子点的成核点和掺N碳量子点的尺寸，并将该掺N碳量子点修饰到载体本体上形成载体，使得载体上的掺N碳量子点的粒径较为均一，该载体在负载催化活性物质时，催化活性物质会沉积在未被掺N碳量子点占据的其它载体位点或掺N碳量子点上，有效减小了催化活性物质颗粒间的空间位阻，提高催化活性物质的活性位点的利用率。同时，载体上引入掺N碳量子点增强了载体本身的电负性，导致催化活性物质结合能增加，催化活性得以提升。
[0012]作为一种可选的实施方式，载体的掺N碳量子点的粒径为2～5nm。
[0013]在上述实施过程中，通过控制载体上掺N碳量子点的粒径为2～5nm，更有利于其施用作为催化剂后的催化活性。
[0014]作为一种可选的实施方式，所述碳源和所述氮源的质量比为0.5～3。
[0015]在上述实施过程中，通过控制碳源和所述氮源的质量比，能够实现对掺N碳量子点粒径的较好控制，使得掺N碳量子点的粒径在2～5nm，当其负载在载体本体上并负载催化活性物质时，能够减小催化活性物质颗粒间的空间位阻，提高催化活性物质的活性位点的利用率，有利于载体最终负载催化活性物质后的性能。
[0016]作为一种可选的实施方式，所述微波处理的微波功率为500～3000W；和/或
[0017]所述微波处理的终点温度为120～170℃；和/或
[0018]所述微波处理的保温时间为5～10min。
[0019]在上述实施过程中，通过对微波处理的微波功率、终点温度和保温时间等进行控制，能够使得掺N碳量子点的成核点数量在较佳的范围，进而使得掺N碳量子点在载体本体上有较为充足的负载，有利于载体最终负载催化活性物质后的性能。
[0020]作为一种可选的实施方式，所述水热处理的温度为120～170℃；和/或
[0021]所述水热处理的时间为1～3h。
[0022]在上述实施过程中，通过对水热处理的温度和时间进行控制，能够使得掺N碳量子点的粒径在较好的范围，当其负载在载体本体上并负载催化活性物质时，能够减小催化活性物质颗粒间的空间位阻，提高催化活性物质的活性位点的利用率，有利于载体最终负载催化活性物质后的性能。
[0023]作为一种可选的实施方式，所述碳源包括葡萄糖、柠檬酸和聚乙二醇中的至少一种；和/或
[0024]所述氮源包括尿素、三聚氰胺和氨基类树脂中的至少一种；和/或
[0025]所述载体本体包括碳载体。
[0026]第二方面，本申请实施例提供了一种载体，所述载体采用第一方面提供的载体的制备方法制得。
[0027]在上述实施过程中，该载体的载体本体上负载有粒径较为均一的掺N碳量子点，在其被施用作为催化剂时，催化活性物质会沉积在未被掺N碳量子点占据的其它载体位点或掺N碳量子点上，有效减小了催化活性物质颗粒间的空间位阻，提高催化活性物质的活性位点的利用率。同时，载体上引入掺N碳量子点增强了载体本身的电负性，导致催化活性物质结合能增加，催化活性得以提升。
[0028]第三方面，本申请实施例提供了一种催化剂，所述催化剂包括载体，所述载体为第二方面提供的载体。
[0029]在上述实施过程中，该催化剂的催化活性物质附着在未被掺N碳量子点占据的其它载体位点或掺N碳量子点上，有效减小了催化活性物质颗粒间的空间位阻，提高催化活性物质的活性位点的利用率。同时，载体上引入掺N碳量子点增强了载体本身的电负性，导致催化活性物质结合能增加，催化活性得以提升。
[0030]作为一种可选的实施方式，所述催化剂包括催化活性物质，以质量计，所述催化活性物质的负载量为50％～60％。
[0031]作为一种可选的实施方式，所述催化活性物质包括Pt。
[0032]第四方面，本申请实施例提供了一种催化剂的制备方法，所述方法包括：
[0033]得到载体，所述载体为第二方面提供的载体；
[0034]把催化活性物质负载于所述载体，得到催化剂。
附图说明
[0035]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0036]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1为本申请实施例4提供的载体的XPS图；
[0038]图2为本申请实施例4提供的载体的TEM图1；
[0039]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种载体的制备方法，其特征在于，所述方法包括：把碳源和氮源分散于溶剂中，得到混合溶液；对所述混合溶液进行微波处理和水热处理，得到掺N碳量子点清液；把所述掺N碳量子点清液中的掺N碳量子点修饰到载体本体，得到载体；其中，所述微波处理的微波功率为500～3000W；所述微波处理的终点温度为120～170℃；所述微波处理的保温时间为5～10min。2.根据权利要求1所述的载体的制备方法，其特征在于，所述载体的掺N碳量子点的粒径为2～5nm。3.根据权利要求1所述的载体的制备方法，其特征在于，所述碳源和所述氮源的质量比为0.5～3。4.根据权利要求1所述的载体的制备方法，其特征在于，所述水热处理的温度为120～170℃；和/或所述水热处理的时间为1～3h。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：范书琼，周有明，李承亮，仲小丽，
申请(专利权)人：苏州擎动动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：