【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池催化剂，具体的是表面氮修饰燃料电池碳载体的制备方法。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池是一种高效、安静且无污染的能量转换系统。目前，质子交换膜燃料电池最先进的催化剂仍然是碳载体负载铂基纳米金属催化剂。铂基催化剂与离聚物混合制备的浆液，通过超声喷涂或者狭缝涂布转印到质子交换膜上，随后与气体扩散层组成了质子交换膜燃料电池的膜电极。
2、然而，由于离聚物的分散性较差，其在质子交换膜燃料电池膜电极的催化层以及催化剂表面的分布一般是不均匀的，局部聚集的离聚物，堵塞了催化层内部分气体传输通道，同时可能导致另一部分催化剂表面没有离聚物的覆盖，阻碍质子到达这部分催化剂。这严重影响了催化层内局部氧气传输和局部质子传导效率，造成催化剂的实际有效利用率下降，进而影响膜电极的整体性能。因此，改善离聚物在催化剂表面的分布，对于提高质子交换膜燃料电池膜电极性能具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种表面氮修饰燃料电池碳载体的制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种表面氮修饰燃料电池碳载体的制备方法，包括以下步骤：
4、s1：将碳载体加入到含氧化剂的酸性溶液中，进行回流反应，随后进行洗涤干燥，获得具有含氧官能团的碳载体；
5、s2：将含氧官能团的碳载体与伯胺、酰胺类有机物在混合溶剂中混合，随后通过蒸发去除多余溶剂，获得含氧官能团的碳载体和伯胺、酰胺类
6、s3：将含氧官能团的碳载体和伯胺、酰胺类有机物的混合物在惰性气体氛围下进行高温处理，让伯胺、酰胺类有机物通过与碳载体的含氧官能团缩合反应，掺杂到碳载体表面，再将产物洗涤干燥，获得表面氮修饰燃料电池碳载体。
7、所述步骤s1中，所用含氧化剂的酸性溶液，其中酸性溶液使用硝酸溶液、硫酸溶液或者同时使用硝酸溶液和硫酸溶液。
8、所述步骤s1中，所用含氧化剂的酸性溶液，其中氧化剂使用硝酸溶液、过氧化氢溶液或者同时使用硝酸溶液和过氧化氢溶液。
9、所述步骤s1中，所用含有氧化剂的酸性溶液，其中氧化剂和酸性溶液的体积比例为1:1～4。
10、所述步骤s1中，进行回流反应的温度为30～80℃，时间为30～180min。
11、所述步骤s1中，所使用的碳载体为ketjen black e300j、ketjenblack ecp、ketjen black ecp600jd、carbot xr-72r、carbot bp2000、乙炔黑、superpi、碳纳米管中的一种。
12、所述步骤s2中，伯胺、酰胺类有机物为三聚氰胺、脲、二氰二胺、对苯二胺、对乙酰氨基酚、邻苯二甲酰亚胺、n-二乙氨基乙酰基-2,6-二甲基苯胺、盘尼西林中的一种。
13、所述步骤s2中，混合溶剂为水和乙醇、异丙醇的混合溶液，水和醇的体积比为1:0～9。
14、所述步骤s2中，碳和伯胺、酰胺类有机物的质量比为1:0.1～0.8。
15、所述步骤s3中，高温处理的惰性气体为氮气、氩气或者氢氩混合气中的一种。
16、本专利技术的有益效果至少包括：
17、一、本专利技术技术方案所制备的氮修饰碳载体，其表面均匀分布的吡啶氮和吡咯氮等官能团，与带负电荷的离聚物侧链具有库伦相互作用，这对于改善离聚物在催化剂表面分布情况具有显著效果，降低了由于催化剂表面离聚物覆盖过厚的离聚物导致的局部氧气传输等传质问题的发生，以及增加了离聚物在催化剂表面的覆盖率，提高了催化层内部的质子传导率，因此，使用该载体制备的铂基催化剂，其膜电极在大电流密度下，相比非氮掺杂载体的铂基催化剂，具有更低的催化层氧传输阻抗，因此在相同电流密度下，有着明显的电位提高，电池的功率密度也因此得到显著提高。
18、二、本专利技术技术方案所制备的氮修饰碳载体，氮元素掺杂主要以表面吡啶氮和吡咯氮等官能团为主，不会影响碳载体的主要框架结构，引起导电率等问题，且掺杂量可依据实际情况调整，通过预氧化处理碳载体，在碳载体表面引入了大量的含氧官能团，再通过高温热处理，让伯胺、酰胺类有机物的含氨基与碳载体表面含氧官能团(羧基、羟基等)发生缩合反应，将伯胺、酰胺类有机物均匀的嫁接到碳载体表面，最终通过热解仅在碳载体表面形成吡啶氮和吡咯氮等官能团。
19、三、本专利技术技术方案所使用的伯胺、酰胺类有机物来源可以是过期药品，可以对于过期药品进行回收再利用，伯胺、酰胺类有机物是部分药品的主要有效成分，而在药品过期后，这些药品存在污染环境的风险，需要进行回收处理，而本技术方案可以是这些过期药品回收处理方式之一，将过期药品回收再利用于绿色无污染的氢能领域，对于保护环境具有重要意义。
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1.一种表面氮修饰燃料电池碳载体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种表面氮修饰燃料电池碳载体的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所用含氧化剂的酸性溶液，其中酸性溶液使用硝酸溶液、硫酸溶液或者同时使用硝酸溶液和硫酸溶液。
3.根据权利要求2所述的一种表面氮修饰燃料电池碳载体的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所用含氧化剂的酸性溶液，其中氧化剂使用硝酸溶液、过氧化氢溶液或者同时使用硝酸溶液和过氧化氢溶液。
4.根据权利要求3所述的一种表面氮修饰燃料电池碳载体的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所用含有氧化剂的酸性溶液，其中氧化剂和酸性溶液的体积比例为1:1～4。
5.根据权利要求1所述的一种表面氮修饰燃料电池碳载体的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，进行回流反应的温度为30～80℃，时间为30～180min。
6.根据权利要求1所述的一种表面氮修饰燃料电池碳载体的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，Ketjen Black E300J、KetjenBlack ECP、Ketj
7.根据权利要求1所述的一种表面氮修饰燃料电池碳载体的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，伯胺、酰胺类有机物为三聚氰胺、脲、二氰二胺、对苯二胺、对乙酰氨基酚、邻苯二甲酰亚胺、N-二乙氨基乙酰基-2,6-二甲基苯胺、盘尼西林中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种表面氮修饰燃料电池碳载体的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，混合溶剂为水和乙醇、异丙醇的混合溶液，水和醇的体积比为1:0～9。
9.根据权利要求1所述的一种表面氮修饰燃料电池碳载体的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，碳和伯胺、酰胺类有机物的质量比为1:0.1～0.8。
10.根据权利要求1所述的一种表面氮修饰燃料电池碳载体的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，高温处理的惰性气体为氮气、氩气或者氢氩混合气中的一种。
...【技术特征摘要】
1.一种表面氮修饰燃料电池碳载体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种表面氮修饰燃料电池碳载体的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所用含氧化剂的酸性溶液，其中酸性溶液使用硝酸溶液、硫酸溶液或者同时使用硝酸溶液和硫酸溶液。
3.根据权利要求2所述的一种表面氮修饰燃料电池碳载体的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所用含氧化剂的酸性溶液，其中氧化剂使用硝酸溶液、过氧化氢溶液或者同时使用硝酸溶液和过氧化氢溶液。
4.根据权利要求3所述的一种表面氮修饰燃料电池碳载体的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所用含有氧化剂的酸性溶液，其中氧化剂和酸性溶液的体积比例为1:1～4。
5.根据权利要求1所述的一种表面氮修饰燃料电池碳载体的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，进行回流反应的温度为30～80℃，时间为30～180min。
6.根据权利要求1所述的一种表面氮修饰燃料电池碳载体的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，ketjen bl...
【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，操昭春，
申请(专利权)人：中科焓能安徽新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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