【技术实现步骤摘要】
：本专利技术涉及氢能源材料，具体涉及一种(111)晶面间距压缩铂基金属催化剂的制备方法及其应用。
技术介绍
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技术介绍
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1、氢燃料电池一直被认为是汽车、固定式电源、便携式电源及其他电源的下一代引擎，但由于阴极氧还原反应(orr)涉及多步电子传递且传质效率低，导致其动力学速度缓慢，需要大量使用贵金属催化剂，主要是铂(pt)。几十年来，pt基材料一直被认为是燃料电池阴极上最有效的催化剂，特别是在酸性介质中的质子交换膜燃料电池(pemfc)里面应用广泛。到目前为止，pemfc广泛应用仍受pt金属高成本和稀缺性所阻碍，促使人们寻找提高pt催化效率和降低pt利用率的创新方法。
2、pt(111)晶面因其紧密堆砌的原子结构，是最有效的吸附氧气和氧还原中间体的晶格，从而促进催化剂的内在氧还原活性。然而，pt(111)表界面会受到结构修饰的显著影响，改变催化剂的电子和几何性质，进而影响氧还原反应中间体在催化剂表界面的吸/脱附及反应速率。应变工程是一种将晶格扭曲或变形引入催化剂材料的技术，已成为调整pt基电极催化性能的有力工具。应变效应可以通过多种手段引起，如合成方法或引入载体材料。其中，引入载体材料的研究意义重大，因为电池电极催化剂经常采用各种载体来更好地分散活性位点，以及尽量减少贵金属pt使用。
技术实现思路
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技术实现思路
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1、本专利技术的目的是提供一种(111)晶面间距压缩铂基金属催化剂的制备方法及其应用。
2、本专利技术是通过以下技术
3、一种(111)晶面间距压缩铂基金属催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
4、(1)将碳纳米管与氮基材料以质量比1:6～1:12，优选为1：10，在水溶液中混合，60-65℃加热回流6-8h，冷却至室温并过滤；
5、(2)将步骤(1)所得过滤后固体在氮气氛围下500-700℃高温煅烧，冷却至室温得到氮掺杂碳纳米管；
6、(3)将步骤(2)所得氮掺杂碳纳米管与铂金属前驱体形成混合溶液，在50-70℃真空中烘干；
7、(4)将步骤(3)所得混合物以球磨机研磨，清洗后50-70℃真空烘干；
8、(5)将步骤(4)所得粉末在还原性气氛下500-700℃高温还原，得到所述晶面压缩pt基金属电催化剂。
9、优选地，步骤(1)所述氮基材料为水合肼、尿素、三聚氰胺中的一种或几种，加热回流温度为60℃，回流时间为8h。
10、优选地，步骤(2)煅烧温度为700℃，煅烧时间2h。
11、优选地，步骤(3)所述铂金属前驱体为醇溶性铂族金属前驱体，包括氯铂酸水合物、氯铂酸盐、乙酰丙酮铂中的一种或几种。
12、优选地，步骤(4)所述真空烘干温度为60℃，烘干时间为24h。
13、优选地，步骤(5)还原性气氛采用氢/氩混合气，温度为700℃。
14、上述制备方法通过氮基材料中氮原子掺杂改性碳纳米管，增强碳纳米管分散效应，将pt基金属纳米颗粒均匀负载到改性碳纳米管表面；且氮原子与pt组分间形成化学键，使颗粒直径在2～8nm之间的pt纳米颗粒pt(111)晶面产生压缩，所述压缩为平面(2d)压缩，从而提高铂基金属的电催化性能。
15、因此本专利技术还保护上述制备方法得到的(111)晶面间距压缩铂基金属催化剂在氢燃料电池(pemfc)中的应用，用作pemfc的阴极氧还原催化剂。
16、本专利技术的有益效果如下：
17、(1)本专利技术通过氮原子掺杂改性，实现了pt基电催化剂的(111)晶面压缩效应，将晶面间距压缩pt基金属催化剂载体由金属氧化物拓展至碳纳米管载体。
18、(2)本专利技术通过氮原子掺杂改性对pt(111)面施加压缩应变，消弱氧还原中间体结合能，使h2o在催化剂表面更容易解吸，从而提高催化剂的电催化活性。
19、(3)本专利技术通过低温加热回流、高温煅烧及研磨处理，减少pt组分流失，提高催化剂中pt组分载量。
20、(4)采用n原子对碳纳米管进行掺杂改性，可以提高碳纳米管的缺陷位点，进而提高pt活性组分在碳纳米管载体表面的均匀分散。
21、(5)n原子与pt组分间形成pt-n键，不仅有利于提高pt载量，还可以有效提高pt活性组分的稳定性；本身还可以作为活性位点，提高催化剂的氧还原活性。
22、总之，本专利技术通过氮原子掺杂改性，提高碳纳米管的缺陷位点，进而提高pt活性组分在碳纳米管载体表面的均匀分散，且n原子与pt组分间形成pt-n键，不仅有利于提高pt载量，还可以有效提高pt活性组分的稳定性；本身还可以作为活性位点，实现了pt基电催化剂的(111)晶面压缩效应，消弱氧还原中间体结合能，使h2o在催化剂表面更容易解吸，从而提高催化剂的电催化活性，制备得到的(111)晶面间距压缩pt基金属催化剂作为pemfc阴极催化剂，可以降低氧还原反应中的能垒，消弱氧还原中间体结合能，加快h2o在催化剂表面的解吸速率，进而提高pemfc的整体效率。
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1.一种(111)晶面间距压缩铂基金属催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氮基材料为水合肼、尿素、三聚氰胺中的一种或几种，加热回流温度为60℃，回流时间为8h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，碳纳米管与氮基材料按1:10质量比在水溶液中混合。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)煅烧温度为700℃，煅烧时间2h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述铂金属前驱体为醇溶性铂族金属前驱体，包括氯铂酸水合物、氯铂酸盐、乙酰丙酮铂中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述真空烘干温度为60℃，烘干时间为24h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)还原性气氛采用氢/氩混合气，温度为700℃。
8.权利要求1所述制备方法得到的(111)晶面间距压缩铂基金属催化剂在氢燃料电池中的应用，用作阴极氧还原催化剂。
【技术特征摘要】
1.一种(111)晶面间距压缩铂基金属催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氮基材料为水合肼、尿素、三聚氰胺中的一种或几种，加热回流温度为60℃，回流时间为8h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，碳纳米管与氮基材料按1:10质量比在水溶液中混合。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)煅烧温度为700℃，煅烧时间2h。
5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：王志达，闫常峰，郭常青，史言，卢卓信，谭弘毅，申丽莎，涂志明，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：
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