一种负载铂钴合金纳米颗粒的氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶ORR电催化剂的制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115939428A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211188821.3(22)申请日2022.09.28(71)申请人潍坊旭晟东阳动力有限公司地址261000山东省潍坊市滨海区滨海产业园渤海路华尚科技园8号楼2单元(72)发明人王晓东杨东江崔金峰张威(74)专利代理机构深圳市兴科达知识产权代理有限公司44260专利代理师覃曼萍(51)Int.Cl.H01M4/92(2006.01)B82Y40/00(2011.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种负载铂钴合金纳米颗粒的氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶ORR电催化剂的制备方法(57)摘要本发明公开了一种负载铂钴合金纳米颗粒的氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶氧气还原反应(ORR)电催化剂的制备方法。该催化剂采用海藻酸钠、还原氧化石墨烯和金属盐为原料，成功地制备出了ORR电催化剂。该催化剂具有单原子与合金纳米颗粒共存的结构，以及金属单原子和合金纳米颗粒之间的协同作用，使其用作电催化ORR催化剂时表现出优异的催化活性(在0.5MH2SO4电解液下的半波电位为0.804V)。本发明中，海藻酸钠来源丰富，所得负载铂钴合金纳米颗粒的氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶在酸性条件下ORR催化性能优异，是非常有前景的能量转换材料。CN115939428ACN115939428A权利要求书1/1页1.一种负载铂钴合金纳米颗粒的氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：1)把一定量的还原氧化石墨烯加入到海藻酸钠溶液中，搅拌均匀后得到还原氧化石墨烯‑海藻酸钠水溶液；2)把还原氧化石墨烯‑海藻酸钠水溶液滴入到一定浓度的氯铂酸和乙酸钴混合溶液中，充分搅拌形成氯铂酸‑海藻酸钴/还原氧化石墨烯水凝胶3)利用冷冻干燥把氯铂酸‑海藻酸钴/还原氧化石墨烯水凝胶制备成氯铂酸‑海藻酸钴/还原氧化石墨烯气凝胶；4)氯铂酸‑海藻酸钴/还原氧化石墨烯气凝胶在管式炉中经一定的混合气还原处理、氨气掺氮工艺煅烧，得到铂钴合金纳米颗粒/氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶；5)用盐酸水溶液铂钴合金纳米颗粒/氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶中多余的钴纳米颗粒除掉得到最终的负载铂钴合金纳米颗粒的氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶；6)用电化学工作站和旋转圆盘电极测试上述产物的电化学性能。2.根据权利要求书1所述的制备方法,其特征在于，步骤1)中所述海藻酸钠水溶液浓度为质量分数1‑2％，加入还原氧化石墨烯的质量是海藻酸钠质量的5‑20％。3.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述氯铂酸和乙酸钴混合溶液，氯铂酸质量分数为海藻酸钠质量分数的5‑10％，乙酸钴的物质的量为氯铂酸物质的量的1‑10倍。4.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，步骤4)混合气还原处理工艺为300℃煅烧1小时，煅烧气氛为氩氢混合气；氨气掺氮工艺为800℃煅烧2小时，煅烧气氛为氨气。5.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中所述的盐酸浓度为1M，浸泡时间为3小时。6.根据权利要求书1所述的测试方法，其特征在于，步骤6)中所述，测试了材料作ORR电催化剂时的性能，主要用循环伏安法、线性扫描伏安法和计时电流等方法，电压范围为‑1.0‑0V。用三电极测试装置，Ag/AgCl/KCl饱和溶液的参比电极，电解液为0.5MH2SO4溶液。2CN115939428A说明书1/4页一种负载铂钴合金纳米颗粒的氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶ORR电催化剂的制备方法技术领域[0001]本发明属于电催化ORR领域，具体涉及一种负载铂钴合金纳米颗粒的氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶ORR电催化剂的制备方法。背景技术[0002]氧气还原反应(ORR)作为一种重要的阴极反应在燃料电池和金属‑空气电池领域引起了广泛的研究兴趣。传统上，铂被认为是最有效的ORR电催化剂。然而，铂的成本高、动力学迟缓、稳定性差，严重阻碍了铂催化剂的大规模商业化。因此，开发具有良好电化学性能、性价比高的替代催化剂具有重要的现实意义和迫切需要。解决这一问题的有效途径是将铂与储量丰富的三维过渡金属M(M＝铁、钴、镍、铜等)结合形成铂‑M双金属合金。它不仅可以减少贵金属铂的消耗，还可以修饰其电子结构，使其具有优良的电催化性能。在各种铂基双金属合金催化剂中，铂钴合金催化剂被认为是很有前途的候选催化剂。钴对铂电子结构的修饰能够导致铂的d带中心下降，有效地降低含氧物种在催化剂表面的吸附，增加活性位点。另外，铂钴合金已经被证明比其他铂‑M合金具有更大的负焓，这意味着铂钴合金具有更好的稳定性。铂钴合金被认为是一种经济、高效的ORR电催化剂。除此之外，选择合适的基底，使催化剂在纳米尺度上均匀分散和稳定，这有利于在有