一种硼氮碳纳米管负载铂合金双功能电催化剂及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115584529A(43)申请公布日2023.01.10(21)申请号202211420337.9C25B1/04(2021.01)(22)申请日2022.11.15(71)申请人浙江工业大学地址310006浙江省杭州市拱墅区朝晖六区潮王路18号申请人杭州热威洁净技术有限公司(72)发明人钟兴于瑄王建国(74)专利代理机构杭州浙科专利事务所(普通合伙)33213专利代理师周红芳(51)Int.Cl.C25B11/089(2021.01)C25B11/065(2021.01)C25B11/02(2021.01)C25B1/13(2006.01)权利要求书2页说明书11页附图7页(54)发明名称一种硼氮碳纳米管负载铂合金双功能电催化剂及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种硼氮碳纳米管负载铂合金双功能电催化剂及其制备方法和应用，包括如下步骤：将铂源、过渡金属源和溶剂搅拌混合调节pH，在CO气氛下加热升温制得金属羰基络合物溶液A；将聚乙二醇、尿素、硼酸和三聚氰胺溶于去离子水中，干燥得固态混合物，固态混合物研磨置于管式炉内，在高纯气体气氛下焙烧制得BNC纳米管；将BNC纳米管、表面活性剂和溶剂超声分散均匀制得溶液B；将金属羰基络合物溶液A与溶液B倒入反应釜内衬中，超声分散均匀后水热制得产物；过滤、洗涤、干燥得到硼氮碳纳米管负载铂合金双功能电催化剂。本发明的制备方法制备成本低，电催化产臭氧量高，制取氢气有较高的反应效率，电催化反应过程的操作条件温和、绿色无污染。CN115584529ACN115584529A权利要求书1/2页1.一种硼氮碳纳米管负载铂合金双功能电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将铂源、过渡金属源和溶剂加入两口烧瓶中，在搅拌下向溶液中加入无机碱调节pH至6‑13，再向溶液中持续通入CO，在CO气氛下加热升温至30‑70℃反应12‑72h制得金属羰基络合物溶液A，铂源为氯铂酸钾、氯铂酸钠、乙酰丙酮铂、氯铂酸中的一种，过渡金属源为乙酰丙酮钴、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钯、乙酰丙酮钼、乙酰丙酮镍或乙酰丙酮铜，溶剂为乙醇、甲醇、四氢呋喃、N,N‑二甲基吡络烷酮和甲苯中的一种，无机碱为NaOH、KOH、CH3COONa、NaCO3和氨水中的一种；2）将聚乙二醇、尿素、硼酸和三聚氰胺一并溶于去离子水中，搅拌1‑3h混合均匀，形成的溶液置于烘箱中在80‑200℃温度下干燥6‑24h，使溶液中的水分完全蒸发，得到固态混合物，所得固态混合物研磨均匀置于管式炉内，在高纯氮气气氛下焙烧，焙烧温度为500‑900℃，焙烧时间为2‑8h，制得BNC纳米管，聚乙二醇、尿素、硼酸和三聚氰胺的质量比为0.08‑0.12:0.8‑1.2:0.02‑0.05:0.16‑0.24；3）将通过步骤2）制得的BNC纳米管、表面活性剂和溶剂超声分散30‑60min制得溶液B，BNC纳米管与表面活性剂的质量比为6‑10：1；4）将通过步骤1）和步骤3）分别所得的金属羰基络合物溶液A与溶液B倒入反应釜内衬中，超声分散10‑30min后，在100‑200℃下水热6‑24h制得产物；5）将步骤4）所得到的产物过滤，用无水乙醇和去离子水各洗涤3‑5次，在40‑60℃下真空干燥12‑24h，干燥后收集得到硼氮碳纳米管负载铂合金双功能电催化剂。2.根据权利要求1所述的硼氮碳纳米管负载铂合金双功能电催化剂的制备方法，其特征在于步骤1）中所述铂源与过渡金属源的投料摩尔比为1‑5：1，优选为1：1。3.根据权利要求1所述的硼氮碳纳米管负载铂合金双功能电催化剂的制备方法，其特征在于步骤3）中所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、1‑甲基‑2‑吡咯烷酮、柠檬酸盐和乙二胺四乙酸钠中的一种。4.一种采用权利要求1所述的制备方法制备得到的硼氮碳纳米管负载铂合金双功能电催化剂，其特征在于铂与过渡金属的总金属载量为5‑50%，优选为5%。5.一种根据权利要求4所述的硼氮碳纳米管负载铂合金双功能电催化剂在电催化分解水制备臭氧和氢气中的应用，其特征在于将硼氮碳纳米管负载铂合金双功能电催化剂涂覆在质子交换膜阳、阴极两面，制备膜电极，组装成SPE/电解臭氧、氢气发生器，电解室中加入去离子水，进行电解水反应，电解的电压设定为5.0V，电流设定为10.0A，阳极产生臭氧，阴极生成氢气；所述质子交换膜为NafionN117、NafionN115、NafionD520、NafionNRE211、NafionNRE212或NafionHP。6.一种根据权利要求4所述的硼氮碳纳米管负载铂合金双功能电催化剂在电解水制备臭氧中的应用，其特征在于以恒电流仪控制电压和电流，