【技术实现步骤摘要】
本申请涉及燃料电池，特别是涉及一种介孔碳载体及其制备方法、燃料电池用催化剂。
技术介绍
1、燃料电池是一种新型的能量转换效率高、绿色无污染的发电装置，可广泛应用于燃料电池汽车、固定式发电站以及移动电源等场景。燃料电池的核心部件为膜电极，膜电极由催化剂、质子交换膜和气体扩散层组成。对于催化剂来说，其成本占比高，且其活性和稳定性直接影响燃料电池的整体性能。
2、现有大部分燃料电池用催化剂结构为金属（如pt）颗粒担载在碳载体上，pt利用率高，但也存在催化层中的pt由于磺酸覆盖中毒而活性降低的不良后果。为改善此类问题，可以采用介孔碳做为载体，将金属pt封装在介孔碳载体内，避免pt与聚合物的直接接触，抑制由于磺酸覆盖导致的催化剂中毒。同时，介孔碳载体和具有较高固体溶解度的金属催化剂相结合，可提高催化剂活性和稳定性。
3、然而，现阶段对于介孔碳载体的制备大部分需要借助模板法，碳载体的结构取决于模板的结构，制备的碳载体孔隙可调控性较差，且模板完全去除困难，碳载体的导电率以及比表面积无法比拟商业无定形碳，并且制备工序复杂。因此，亟需一种可大规模制备、方法简单、孔结构可控、有利于提高催化剂活性和稳定性的介孔碳载体制备工艺，以更好地匹配燃料电池催化剂的使用需求。
技术实现思路
1、基于此，本申请提供了一种介孔碳载体及其制备方法、燃料电池用催化剂，该介孔碳载体的制备方法操作简单，且制备的介孔碳的孔结构可控，能够使催化剂具有较高的催化活性和稳定性。
2、本申请提出的技术
3、根据本申请的第一方面，提供了一种介孔碳载体的制备方法，包括以下步骤：
4、将碳源粉末进行装料，置于惰性气体环境中进行通电处理，以对所述碳源粉末进行电化学刻蚀形成介孔结构；
5、采用氧化剂对电化学刻蚀后的所述碳源粉末进行活化处理，以在所述碳源粉末的外表面以及所述介孔结构的内表面上引入含氧官能团；
6、将活化处理后的所述碳源粉末进行煅烧，以使所述碳源粉末石墨化，得到所述介孔碳载体。
7、在任意的实施方式中，所述通电处理包括依次进行的第一恒流通电和第二恒流通电；
8、所述第一恒流通电的电流为2a~10a，电压为2v~15v，通电时间为2min~30min，通电方式为直流、交流或脉冲；
9、所述第二恒流通电的电流为5a~15a，电压为5v~20v，通电时间为2min~30min，通电方式为直流、交流或脉冲。
10、在任意的实施方式中，在所述第二恒流通电之后，所述通电处理还包括一次或多次第三恒流通电；所述第三恒流通电的电流为2a~5a，电压为2v~10v，通电时间为2min~30min，通电方式为直流、交流或脉冲。
11、在任意的实施方式中，相邻的两次恒流通电之间间隔10min以上。
12、在任意的实施方式中，在前一次恒流通电结束后且在下一次恒流通电开始前，还包括将所述碳源粉末取出进行重新装料的步骤。
13、在任意的实施方式中，所述介孔结构包括第一级孔结构和第二级孔结构；所述第一级孔结构的孔直径为d1，2nm≤d1<5nm；所述第二级孔结构的孔直径为d2，5nm≤d2<50nm；所述第一级孔结构的孔容为所述介孔结构总孔容的40%~60%；所述介孔碳载体的外比表面积与内比表面积之比为0.4~0.6:1。
14、在任意的实施方式中，所述将碳源粉末进行装料包括：将所述碳源粉末装入两端开口的绝缘管中，从所述绝缘管的两端将所述碳源粉末进行挤压使碳源粉末样品的电阻达到预设值，将碳源粉末样品的两端分别与恒流仪的正极和负极连接。
15、在任意的实施方式中，在将所述碳源粉末进行装料之前，还包括：将所述碳源粉末置于醇类溶剂中，在超声条件下进行清洗，抽滤、烘干后得到清洗预处理后的碳源粉末。
16、在任意的实施方式中，所述氧化剂包括氧气、空气、过氧化氢和浓硝酸中的一种或多种。
17、在任意的实施方式中，所述活化处理的方式包括水热反应、高温酸煮和高温煅烧中的一种或多种。
18、在任意的实施方式中，所述含氧官能团包括羟基、羧基和醛基中的一种或多种。
19、在任意的实施方式中，基于所述介孔碳载体的总质量，所述含氧官能团的质量分数为10%~20%。
20、在任意的实施方式中，所述煅烧的温度为400℃~900℃，煅烧时间为30min~180min，煅烧气氛为惰性气氛，惰性气体的流速为8ml/min~15ml/min。
21、在任意的实施方式中，所述碳源粉末包括导电炭黑bp2000、导电炭黑vulcan xc72、科琴炭黑、石墨烯和碳纳米管中的一种或多种；所述碳源粉末的直径为5nm~300nm。
22、在任意的实施方式中，所述介孔碳载体在拉曼光谱中的g峰强度为ig、d峰强度为id，且1.2≤ig/id≤2.5。
23、根据本申请的第二方面，提供了一种介孔碳载体，通过本申请第一方面的介孔碳载体的制备方法制备得到。
24、根据本申请的第三方面，提供了一种燃料电池用催化剂，包括碳载体和负载在所述碳载体上的催化活性物质，所述碳载体包括本申请第一方面的介孔碳载体的制备方法制备的介孔碳载体。
25、与传统技术相比，本申请至少具有如下有益效果：
26、上述的介孔碳载体的制备方法，通过将碳源粉末在惰性气体环境中进行通电处理，对碳源粉末进行电化学刻蚀，在碳源粉末内部形成介孔结构；通过控制通电处理过程中的工艺参数，可以形成具有不同直径的介孔结构，介孔结构的可调控性较好；采用氧化剂对碳源粉末进行活化处理，能够在碳源粉末的外表面以及介孔结构的内表面上引入含氧官能团，能够增强介孔碳载体与催化活性物质之间的相互作用，提高催化剂的稳定性；通过煅烧处理，能够实现介孔碳载体的石墨化程度的调控。该制备方法孔结构可调控性好、操作简单，将该方法制备的介孔碳载体用于作为燃料电池催化剂的载体，能够使催化剂具有较高的催化活性和稳定性。
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1.一种介孔碳载体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的介孔碳载体的制备方法，其特征在于，所述通电处理包括依次进行的第一恒流通电和第二恒流通电；
3.根据权利要求2所述的介孔碳载体的制备方法，其特征在于，在所述第二恒流通电之后，所述通电处理还包括一次或多次第三恒流通电；所述第三恒流通电的电流为2A~5A，电压为2V~10V，通电时间为2min~30min，通电方式为直流、交流或脉冲。
4.根据权利要求3所述的介孔碳载体的制备方法，其特征在于，相邻的两次恒流通电之间间隔10min以上。
5.根据权利要求2~4中任一项所述的介孔碳载体的制备方法，其特征在于，在前一次恒流通电结束后且在下一次恒流通电开始前，还包括将所述碳源粉末取出进行重新装料的步骤。
6.根据权利要求1~4中任一项所述的介孔碳载体的制备方法，其特征在于，所述介孔结构包括第一级孔结构和第二级孔结构；所述第一级孔结构的孔直径为d1，2nm≤d1<5nm；所述第二级孔结构的孔直径为d2，5nm≤d2<50nm；所述第一级孔结构的
7.根据权利要求1~4中任一项所述的介孔碳载体的制备方法，其特征在于，所述将碳源粉末进行装料包括：
8.根据权利要求1~4中任一项所述的介孔碳载体的制备方法，其特征在于，在将所述碳源粉末进行装料之前，还包括：
9.根据权利要求1~4中任一项所述的介孔碳载体的制备方法，其特征在于，所述氧化剂包括氧气、空气、过氧化氢和浓硝酸中的一种或多种；
10.根据权利要求1~4中任一项所述的介孔碳载体的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为400℃~900℃，煅烧时间为30min~180min，煅烧气氛为惰性气氛，惰性气体的流速为8mL/min~15mL/min。
11.根据权利要求1~4中任一项所述的介孔碳载体的制备方法，其特征在于，所述碳源粉末包括导电炭黑BP2000、导电炭黑Vulcan XC 72、科琴炭黑、石墨烯和碳纳米管中的一种或多种；所述碳源粉末的直径为5nm~300nm。
12.根据权利要求1~4中任一项所述的介孔碳载体的制备方法，其特征在于，所述介孔碳载体在拉曼光谱中的G峰强度为IG、D峰强度为ID，且1.2≤IG/ID≤2.5。
13.一种介孔碳载体，其特征在于，通过权利要求1~12中任一项所述的介孔碳载体的制备方法制备得到。
14.一种燃料电池用催化剂，其特征在于，包括碳载体和负载在所述碳载体上的催化活性物质，所述碳载体包括权利要求1~12中任一项所述的介孔碳载体的制备方法制备的介孔碳载体。
...【技术特征摘要】
1.一种介孔碳载体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的介孔碳载体的制备方法，其特征在于，所述通电处理包括依次进行的第一恒流通电和第二恒流通电；
3.根据权利要求2所述的介孔碳载体的制备方法，其特征在于，在所述第二恒流通电之后，所述通电处理还包括一次或多次第三恒流通电；所述第三恒流通电的电流为2a~5a，电压为2v~10v，通电时间为2min~30min，通电方式为直流、交流或脉冲。
4.根据权利要求3所述的介孔碳载体的制备方法，其特征在于，相邻的两次恒流通电之间间隔10min以上。
5.根据权利要求2~4中任一项所述的介孔碳载体的制备方法，其特征在于，在前一次恒流通电结束后且在下一次恒流通电开始前，还包括将所述碳源粉末取出进行重新装料的步骤。
6.根据权利要求1~4中任一项所述的介孔碳载体的制备方法，其特征在于，所述介孔结构包括第一级孔结构和第二级孔结构；所述第一级孔结构的孔直径为d1，2nm≤d1<5nm；所述第二级孔结构的孔直径为d2，5nm≤d2<50nm；所述第一级孔结构的孔容为所述介孔结构总孔容的40%~60%；所述介孔碳载体的外比表面积与内比表面积之比为0.4~0.6:1。
7.根据权利要求1~4中任一项所述的介孔碳载体的制备方法，其特征在于，所述将碳源粉末进行装料包...
【专利技术属性】
技术研发人员：宫雪，王丹，刘芳兵，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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