一种碳包裹合金催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于燃料电池技术领域，具体涉及一种碳包裹合金催化剂及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
D,Dong A,et al.Advanced Materials,2022,34:2202743)。
但他们的研究都是对于低铂负载的
Pt/C
催化剂进行处理，且过高的退火温度也容易破坏铂合金结构导致其活性下降
。
此外，对于提高高铂负载的铂合金催化剂的稳定性还鲜有研究
。
因此，需要一种改善催化剂缺陷和含氧量，并且缓解合金溶解，以提高其稳定性的方法
。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种碳包裹合金催化剂及其制备方法和应用
。
本专利技术制得的碳包裹合金催化剂具有高稳定性，同时能够克服现有高负载合金催化剂
(
铂含量
≥20
％
)
存在的载体缺陷和因高含氧量而导致的稳定性不足问题，以及目前碳包裹合金催化剂退火温度过高从而破坏合金结构导致其活性降低的问题
。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种碳包裹合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、
将催化剂在还原性气体气氛下进行热处理，将热处理后的催化剂与碳化化合物
、
配体化合物
、
碳化催化剂
、
溶剂混合，超声分散，搅拌
(
使碳化化合物
、
配体化合物和碳化催化剂通过配位作用均匀地吸附在催化剂表面
)
，离心，干燥，得到粉末；
[0008]S2、
将所得的粉末在还原性气体气氛下进行退火处理，将退火后的粉末分散在酸溶液中，加热，抽滤，真空干燥，制得所述碳包裹合金催化剂；
[0009]所述催化剂为铂合金催化剂或由载体
、
金属前驱体制得的合金催化剂
。
[0010]优选地，步骤
S1、S2
中所述还原性气体包括5％氢氩混合气
、5
％一氧化碳氦气混合气
、5
％氨氮混合气中的至少一种
。
其中5％的含量比例为还原性气体在体系中的体积占比
。
[0011]优选地，所述铂合金催化剂包括
PtCo/C、PtCoNi/C
和
PtNi/C
中的至少一种
。
[0012]优选地，所述铂合金催化剂中铂含量
≥20
％
。
[0013]优选地，所述载体包括乙炔黑
、
炭黑
、
碳纳米管
、
介孔碳
、
石墨烯
、
碳纳米线
、
石墨纤维中的至少一种
。
[0014]优选地，所述金属前驱体包括氯铂酸
、
氯化铂
、
乙酰丙酮铂
、
乙酰丙酮钴
、
氯化钴
、
乙酰丙酮镍
、
硝酸铁
、
乙酰丙酮铜中的至少一种
。
[0015]本专利技术所述合金催化剂的制备方法包括以下步骤：将载体分散在乙二醇中，超声分散
30
‑
60min
，加入金属前驱体，持续搅拌
12
‑
24h
，将反应温度提高到
180℃
‑
200℃
，并回流8‑
10h
，冷却，离心，真空干燥，制得合金催化剂
。
[0016]本专利技术所述碳化化合物是可以通过一定的工艺及热处理过程在催化剂表面形成碳层的化合物
。
[0017]优选地，所述碳化化合物包括苹果酸
、
多巴胺
、
聚多巴胺
、
油胺
、
葡萄糖
、
蔗糖中的至少一种
。
[0018]本专利技术所述配体化合物是在和碳化化合物共同对催化剂进行处理过程中，能够分解产生气体从而在碳层中产生微孔结构的化合物
。
[0019]优选地，所述配体化合物包括甲酸
、
硫脲
、
一水合氨
、
碳酸铵
、
尿素中的至少一种
。
[0020]本专利技术所述碳化催化剂是能够催化碳化化合物在较低热处理温度碳化形成碳层的金属类催化剂
。
[0021]优选地，所述碳化催化剂包括氯化钴
、
硝酸钴
、
氯化镍
、
硝酸镍中的至少一种
。
[0022]优选地，所述溶剂为醇或醇水溶液
。
所述溶剂的加入量为8‑
15mL。
[0023]优选地，所述热处理后的铂合金催化剂与碳化化合物
、
配体化合物
、
碳化催化剂的质量比为1：
(1
～
10)
：
(0.2
～
2)
：
(0.1
～
1)。
可以理解地，所述铂合金催化剂与碳化化合物
、
配体化合物
、
碳化催化剂的质量比包括但不限于1：1：
0.2
：
0.1、1
：
10
：2：
1、1
：3：1：
0.4、1
：2：
0.5
：
0.5、1
：8：1：
0.1、1
：5：
1.5
：
1、1
：5：1：
1。
[0024]优选地，所述金属前驱体与载体
、
碳化化合物
、
配体化合物
、
碳化催化剂的质量比为1：
(0.5
～
1)
：
(0.8
～
8)
：
(0.17
～
17)
：
(0.09
～
0.9)。
可以理解地，所述金属前驱体与载体
、
碳化化合物
、
配体化合物
、
碳化催化剂的质量比包括但不限于1：
0.5
：
0.8
：
0.17
：
0.09、1
：1：8：
17
：
0.9、1
：
0.6
：4：1：
0.5、1
：
0.8
：5：
10
：
0.3、1
：
0.5
：8：
15
：
0.9、1
：1：1：1：
0.9。
[0025]优选地，所述热处理的温度为
200
‑
400℃
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种碳包裹合金催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
将催化剂在还原性气体气氛下进行热处理，将热处理后的催化剂与碳化化合物
、
配体化合物
、
碳化催化剂
、
溶剂混合，超声分散，搅拌，离心，干燥，得到粉末；
S2、
将所得的粉末在还原性气体气氛下进行退火处理，将退火后的粉末分散在酸溶液中，加热，抽滤，真空干燥，制得所述碳包裹合金催化剂；所述催化剂为铂合金催化剂或由载体
、
金属前驱体制得的合金催化剂
。2.
如权利要求1所述碳包裹合金催化剂的制备方法，其特征在于，步骤
S1、S2
中所述还原性气体包括5％氢氩混合气
、5
％一氧化碳氦气混合气
、5
％氨氮混合气中的至少一种
。3.
如权利要求1所述碳包裹合金催化剂的制备方法，其特征在于，至少包括以下
(1)
～
(4)
中的一项：
(1)
所述铂合金催化剂包括
PtCo/C、PtCoNi/C
和
PtNi/C
中的至少一种；
(2)
所述铂合金催化剂中铂含量
≥20
％；
(3)
所述载体包括乙炔黑
、
炭黑
、
碳纳米管
、
介孔碳
、
石墨烯
、
碳纳米线
、
石墨纤维中的至少一种；
(4)
所述金属前驱体包括氯铂酸
、
氯化铂
、
乙酰丙酮铂
、
乙酰丙酮钴
、
氯化钴
、
乙酰丙酮镍
、
硝酸铁
、
乙酰丙酮铜中的至少一种
。4.
如权利要求1所述碳包裹合金催化剂的制备方法，其特征在于，至少包括以下
(1)
～
(4)
中的一项：
(1)
所述碳化化合物包括苹果酸
、
多巴胺
、
聚多巴胺
、
油胺
、
葡萄糖
、
蔗糖中的至少一种；
(2)
所述配体化合物包括甲酸
、
硫脲
、
一水合氨
、
碳酸铵
、
尿素中的至少一种；
(3)
所述碳化催化剂包括氯化钴
、...

【专利技术属性】
技术研发人员：何德权，赵明全，袁志轩，徐贝，卢诗文，杨云松，叶思宇，邹渝泉，唐军柯，
申请(专利权)人：鸿基创能科技广州有限公司，
类型：发明
国别省市：