專利名稱：石墨納米板負(fù)載納米貴金屬催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種石墨納米板負(fù)載納米貴金屬催化劑的制備方法，屬于催化劑制備技術(shù)領(lǐng)域和電化學(xué)能源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
低溫燃料電池具有高效、清潔、啟動(dòng)快等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車、移動(dòng)發(fā)電設(shè)備等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但由于它們的工作溫度低，都必須使用高活性的貴金屬如Pt、Pd、Ru、Au等或其合金作為催化劑來(lái)保證電極表面有足夠快的反應(yīng)速率。為了有效利用貴金屬和抵抗電極上的電腐蝕，貴金屬催化劑多以碳為載體。傳統(tǒng)的碳載體是ー種無(wú)定形碳，石墨化程度低，與貴金屬或其合金的結(jié)合能力較弱，同時(shí)易受腐蝕，影響了催化劑對(duì)氧還原的催化能カ和穩(wěn)定性。為了提高催化劑的活性和穩(wěn)定性，人們?cè)谔驾d體的選擇方面做了許多研究工作，如嘗試用碳納米管、碳纖維、碳凝膠等作為催化劑的載體。而石墨烯由于其高比表面積(2630m2/g)、高電導(dǎo)率(lX104S/m)、高熱導(dǎo)率和高穩(wěn)定性，被認(rèn)為是最佳的催化劑碳載體材料。盡管通過(guò)第一性原理計(jì)算發(fā)現(xiàn)鉬等貴金屬團(tuán)簇可以穩(wěn)定的吸附在石墨烯的表面，但石墨烯表面具有化學(xué)惰性，直接載催化 劑時(shí)貴金屬納米顆粒尺寸較大，分布極不均勻。為了降低貴金屬顆粒的尺寸，提高其分散性，同時(shí)也為了載體制備的方便，人們多采用還原后的氧化石墨烯。這種還原后的氧化石墨烯制備過(guò)程復(fù)雜，要用到強(qiáng)酸、強(qiáng)氧化劑、有毒試劑(如肼、水合肼等)。同時(shí)制備的石墨烯具有化學(xué)和物理缺陷，影響了石墨烯的性能。石墨納米板(多層石墨烯，層數(shù)>10)可以從石墨直接剝離得到，廉價(jià)易得，在具有石墨烯上述優(yōu)異性質(zhì)的同時(shí)能避免還原后的氧化石墨烯的諸多缺點(diǎn)，是石墨烯類催化劑載體的較佳選擇。與石墨烯相同，石墨納米板表面是碳SP2雜化結(jié)構(gòu)，具有化學(xué)惰性，直接載貴金屬不可行。為不破壞其高石墨化結(jié)構(gòu)，前人有用聚ニ烯丙基ニ甲基氯化銨吸附在石墨烯納米板表面，然后再載鉬，但聚合物容易交聯(lián)，載鉬后鉬顆粒分布也不均勻。貴金屬顆粒發(fā)生自身團(tuán)聚、空間分布不均勻和電化學(xué)性能低是石墨納米板載貴金屬催化劑迫切需要解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種石墨納米板負(fù)載納米貴金屬催化劑的制備方法，其步驟包括I)將含活性官能團(tuán)的四芳香環(huán)類化合物和石墨納米板分別在不同的液相中超聲分散均勻；然后將兩種溶液混合并超聲分散，使含活性官能團(tuán)的四芳香環(huán)類化合物通過(guò)J1-Ji共軛作用吸附于石墨納米板表面；所述含活性官能團(tuán)的四芳香環(huán)類化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)
權(quán)利要求
1.一種石墨納米板負(fù)載納米貴金屬催化劑的制備方法，其步驟包括 1)將含活性官能團(tuán)的四芳香環(huán)類化合物和石墨納米板分別在不同的液相中超聲分散均勻；然后將兩種溶液混合并超聲分散，使含活性官能團(tuán)的四芳香環(huán)類化合物通過(guò)共軛作用吸附于石墨納米板表面； 所述含活性官能團(tuán)的四芳香環(huán)類化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述石墨納米板負(fù)載納米貴金屬催化劑的制備方法，其特征在于，其步驟如下 1)將石墨納米板和含活性官能團(tuán)的四芳香環(huán)類化合物按重量比10: (O. 5 1. 5)分別在水和乙二醇溶液中超聲分散均勻,其中水與乙二醇體積比為1:2 ;然后將兩種溶液混合并超聲分散，使含活性官能團(tuán)的四芳香環(huán)類化合物吸附在石墨納米板的表面上； 2)向上述混合溶液中加入計(jì)量的貴金屬的前驅(qū)體，采用浸潰還原法在石墨納米板上負(fù)載貴金屬催化劑，催化劑中貴金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為109Γ30% ； 3)過(guò)濾反應(yīng)后的溶液，并干燥濾餅，即得到所要制備的催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述石墨納米板負(fù)載納米貴金屬催化劑的制備方法，其特征在于，其步驟如下 1)將石墨納米板和含活性官能團(tuán)的四芳香環(huán)類化合物按重量比10: (O. 5^1. 5)分別在水和甲醇溶液中超聲分散均勻，其中水和甲醇體積比為11:1 ;然后將兩種溶液混合并超聲分散，使含活性官能團(tuán)的四芳香環(huán)類化合物吸附在石墨納米板的表面上； 2)上述混合溶液在40°C的恒溫水浴中加熱并加入計(jì)量的貴金屬的前驅(qū)體，然后逐滴滴加NaBH4水溶液；NaBHjP貴金屬的摩爾量比為4:1 ;催化劑中貴金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1(Γ30% ； 3)過(guò)濾反應(yīng)后的溶液并干燥濾餅，即得到所要制備的催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述石墨納米板負(fù)載納米貴金屬催化劑的制備方法，其中，所述石墨納米板的厚度為3_20nm,面向尺度為O. 5μηι-20μηι。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述石墨納米板負(fù)載納米貴金屬催化劑的制備方法，其中，所述貴金屬催化劑是鉬、鈀、銠、釕、銥和金催化劑中的一種，或是含有上述貴金屬的合金催化劑。
全文摘要
本發(fā)明提供一種石墨納米板負(fù)載納米貴金屬催化劑的制備方法，其步驟包括將含活性官能團(tuán)的四芳香環(huán)類化合物和石墨納米板分別在不同的液相中超聲分散均勻；然后將兩種溶液混合并超聲分散，使四芳香環(huán)類化合物通過(guò)π-π共軛作用吸附于石墨納米板表面；所述四芳香環(huán)類化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)其中，R1為含活性官能團(tuán)的側(cè)鏈，活性官能團(tuán)為-COOH、-NH2、-OH、-C=O或-SO3H中的一種；采用浸漬還原法在石墨納米板上負(fù)載貴金屬催化劑；本方法制備的催化劑納米金屬顆粒分布均勻，尺寸較小，催化劑具有較高的電化學(xué)表面積、高催化活性和高穩(wěn)定性。依本發(fā)明方法制備的催化劑可以應(yīng)用在低溫燃料電池、金屬空氣電池等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B01J23/42GK103041857SQ20121055262
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者王宇新, 夏高強(qiáng) 申請(qǐng)人:天津大學(xué)