【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池领域，具体涉及金属-氮-碳材料负载铂基纳米颗粒催化剂及其制备方法。
技术介绍
1、随着社会的不断进步，人类对于能源的需求不断增加，引起了严峻的能源危机问题，迫使人们越来越关注于新能源的探索以及能量转换技术。燃料电池，是一种可以直接将化学能转换成电能的便携装置，被称为最具潜力的绿色可持续的能量转换技术之一。在燃料电池中，由于乙醇、甲醇、丙三醇、甲酸等有机物小分子具有可持续、便携、易存储等优点，因此将其直接作为燃料电池的液体燃料，已经引起国内外越来越多的关注。其中，直接甲醇燃料电池中因甲醇具有来源广泛、环境友好、能量转换效率高、功率密度大、器件简单、易于运输和储存等优点，具有广阔的应用前景。然而，直接甲醇燃料电池催化剂目前使用价格昂贵、资源稀缺的贵金属铂(pt)作为主要活性组分。但是，由于中间产物复杂，催化剂易中毒，反应动力学缓慢等问题，使其工业化应用遇到一些瓶颈。因此，制备和研究具有高活性和高稳定的直接甲醇燃料电池催化剂具有重要意义。
2、合金化策略能够有效提高pt基合金催化剂在甲醇氧化反应(mor)中抗co中毒能，从而使pt基合金催化剂进一步提高mor性能。当前，pt基合金催化剂，如pt-m(m＝ru,co,ni等)金属或金属氧化物，可以在较低的电位下在其表面生成含氧物质(m-ohads)，从而提高其抗co中毒能力。根据langmuir-hinshelwood机制，从pt表面分离出的co被ohads氧化形成co2。在这种情况下，需要能够提供足够的ohads来加速相邻pt位点上co中间体的氧化，从
3、总之，尽管人们在利用pt基催化剂作为甲醇燃料电池催化剂方面做了许多的努力，目前催化活性和稳定性方面仍存在诸多不足，因此需要不断探索具有优异活性和稳定性的电催化剂。
技术实现思路
1、基于直接甲醇燃料电池存在的问题，本专利技术旨在提供金属-氮-碳材料负载铂基纳米颗粒催化剂及其制备方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、本专利技术提供了金属-氮-碳材料负载铂基纳米颗粒催化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)采用无机盐模板法，加入无机盐模板剂、碳源和金属源后，经过冷冻干燥，两次高温热解制备金属-氮-碳材料；
5、(2)将步骤(1)中所得金属-氮-碳材料分散在醇溶液中，接着加入含铂金属盐和另一种金属盐，然后进行油浴反应得到催化剂。
6、进一步的，步骤(1)所述无机盐模板剂选自氯化钾、氯化钠、硝酸钾和硝酸钠中的一种或几种；所述碳源可以为三聚氰胺、尿素、葡萄糖；所述金属源包括金属离子的氯化盐或硝酸盐，所述金属离子为co2+、fe3+、ni2+、cu2+。
7、进一步的，所述金属源采用10mg/ml的金属盐溶液。
8、更进一步的，所述无机盐模板剂为氯化钠，所述碳源为葡萄糖，所述金属源为氯化镍，氯化钠、葡萄糖和氯化镍的质量比为4380：420：(1～5)。
9、进一步的，步骤(1)所述冷冻干燥的温度为-40℃，时间为24～48h。
10、进一步的，步骤(1)所述两次高温热解又包括：冷冻干燥后的样品放入管式炉中，先通入高纯氩气将管式炉中的空气置换干净，然后通入氨气升温至550℃并维持4～6h；在此过程中氨气流速控制在30～50ml/min，升温速率为1～10℃/min；
11、样品在氨气中热解后，再在氩气气氛中进行第二次高温热解，热解温度为850℃并维持4～6h；氩气流量控制为70～100ml/min，升温速率为1～10℃/min，得到金属-氮-碳材料。
12、进一步的，步骤(2)所述醇溶液包括乙二醇，丙三醇；所述含铂金属盐为氯铂酸；所述另一种金属盐为氯金酸、氯化镍、氯化铜、氯化钴、氯化钌中的任意一种。该步骤中的金属盐和步骤(1)中的金属源可以是同一种也可以不是同一种。
13、进一步的，步骤(2)中金属-氮-碳材料、含铂金属盐和另一种金属盐的质量比为1：0.9：0.2～1：1.5：1。
14、进一步的，步骤(2)所述油浴反应的温度为100～130℃，反应时间为1～3h。
15、进一步的，步骤(2)还包括将油浴反应得到的催化剂依次进行离心以及干燥处理，得到金属-氮-碳材料负载铂基合金纳米颗粒催化剂。
16、本专利技术还提供了金属-氮-碳材料负载铂基纳米颗粒催化剂，通过上述制备方法制得。
17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
18、(1)本专利技术提出了一种普适金属-氮-碳材料负载铂基合金纳米颗粒甲醇氧化反应电催化剂的制备方法，其制备方法简单，反应条件简便、反应设备易获取，整个制备过程耗材较少。
19、(2)本专利技术提出的金属-氮-碳材料负载铂基合金纳米颗粒催化剂可以通过在金属-氮-碳上负载pt-m合金催化剂，实现快速、持久的mor。单原子重新分配了金属-氮-碳载流子的电荷，从而调节了pt的电子态，更重要的是，它们可以辅助ohads的吸附，从而从促进co的氧化，增强pt活性位点的抗毒性；通过金属-氮-碳位点和ptm之间的协同作用，对mor表现出优异的催化活性和耐久性。
20、(3)本专利技术所制得的催化剂具有良好的甲醇氧化活性，并展现出良好的电化学稳定性，以及抗co中毒性，可以满足多种能源转换过程中催化剂应用。
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1.金属-氮-碳材料负载铂基纳米颗粒催化剂的制备方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述无机盐模板剂选自氯化钾、氯化钠、硝酸钾和硝酸钠中的一种或几种；所述碳源为三聚氰胺、尿素、葡萄糖；所述金属源包括金属离子的氯化盐或硝酸盐，所述金属离子为Co2+、Fe3+、Ni2+、Cu2+。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述金属源采用10mg/mL的金属盐溶液。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述冷冻干燥的温度为-40℃，时间为24～48h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述两次高温热解又包括：冷冻干燥后的样品放入管式炉中，先通入高纯氩气将管式炉中的空气置换干净，然后通入氨气升温至550℃并维持4～6h；在此过程中氨气流速控制在30～50mL/min，升温速率为1～10℃/min；样品在氨气中热解后，再在氩气气氛中进行第二次高温热解，热解温度为850℃并维持4～6h；氩气流量控制为70～100mL/min，升温速率为1～10℃/min
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述醇溶液包括乙二醇，丙三醇；所述含铂金属盐为氯铂酸；所述另一种金属盐为氯金酸、氯化镍、氯化铜、氯化钴、氯化钌中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中金属-氮-碳材料、含铂金属盐和另一种金属盐的质量比为1：0.9：0.2～1：1.5：1。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述油浴反应的温度为100～130℃，反应时间为1～3h。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)还包括将油浴反应得到的催化剂依次进行离心以及干燥处理，得到金属-氮-碳材料负载铂基合金纳米颗粒催化剂。
10.金属-氮-碳材料负载铂基纳米颗粒催化剂，通过权利要求1～9任意一项所述的制备方法制得。
...【技术特征摘要】
1.金属-氮-碳材料负载铂基纳米颗粒催化剂的制备方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述无机盐模板剂选自氯化钾、氯化钠、硝酸钾和硝酸钠中的一种或几种；所述碳源为三聚氰胺、尿素、葡萄糖；所述金属源包括金属离子的氯化盐或硝酸盐，所述金属离子为co2+、fe3+、ni2+、cu2+。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述金属源采用10mg/ml的金属盐溶液。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述冷冻干燥的温度为-40℃，时间为24～48h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述两次高温热解又包括：冷冻干燥后的样品放入管式炉中，先通入高纯氩气将管式炉中的空气置换干净，然后通入氨气升温至550℃并维持4～6h；在此过程中氨气流速控制在30～50ml/min，升温速率为1～10℃/min；样品在氨气中热解后，再在氩气气氛中进行第二次高温热解...
【专利技术属性】
技术研发人员：田新龙，张雪，邓培林，李静，王志同，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：
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