氮掺杂石墨炭气凝胶负载Pt氧还原电催化剂的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113629259A(43)申请公布日2021.11.09(21)申请号202110991580.5(22)申请日2021.08.27(71)申请人中国人民解放军国防科技大学地址410073湖南省长沙市开福区德雅路109号(72)发明人冯坚冯军宗罗燚姜勇刚李良军王鲁凯(74)专利代理机构湖南企企卫知识产权代理有限公司43257代理人任合明(51)Int.Cl.H01M4/88(2006.01)H01M4/92(2006.01)C01B32/205(2017.01)权利要求书2页说明书10页附图3页(54)发明名称氮掺杂石墨炭气凝胶负载Pt氧还原电催化剂的制备方法(57)摘要本发明公开了氮掺杂石墨炭气凝胶负载Pt氧还原电催化剂的制备方法，目的是解决现有方法制备的炭负载Pt氧还原电催化剂耐久性不足的问题。技术方案是先采用含有醛基的醛类有机物、多羟基苯化合物或多胺基苯化合物制备有机溶液或溶胶A；采用A制备树脂气凝胶；将树脂气凝胶制备成氮掺杂炭气凝胶；将氮掺杂炭气凝胶进行石墨化处理、酸洗、干燥得到氮掺杂石墨炭气凝胶；以氮掺杂石墨炭气凝胶作为载体，负载上Pt得到氮掺杂石墨炭气凝胶负载Pt氧还原电催化剂。本发明的石墨化工艺提高了炭气凝胶的石墨化程度，同时没有炭包覆金属颗粒生成；采用本发明制备的催化剂以氮掺杂石墨炭气凝胶为载体，负载Pt分散均匀，活性高，耐久性非常好。CN113629259ACN113629259A权利要求书1/2页1.一种氮掺杂石墨炭气凝胶负载Pt氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，制备有机溶液或溶胶A，选取两种确定比例的能发生缩聚反应生成大分子网络结构的有机物，溶于水中，搅拌至完全溶解，加入催化剂，形成均匀的溶液或溶胶A；所述的两种有机物中有机物1指含有醛基的醛类有机物；所述的两种有机物中的另一种即有机物2指能与醛类有机物反应的多羟基苯化合物或多胺基苯化合物中的一种；所述有机物1、有机物2的确定比例，以醛类有机物与多羟基苯化合物，或醛类有机物与多胺基苯化合物摩尔比来计量，在1～30之间；第二步，制备树脂气凝胶，先将第一步得到的溶液或溶胶A放置在30～60℃环境中静置，直至得到树脂凝胶；将树脂凝胶放置在50～150℃环境中静置1～240h得到老化的树脂凝胶；最后去除树脂凝胶中的液体得到树脂气凝胶；第三步，制备氮掺杂炭气凝胶，将树脂气凝胶放置在裂解装置中，在保护气氛或真空气氛保护下，升温至900℃以上，并保温2～10h，随后随炉冷却，得到氮掺杂炭气凝胶；第四步，制备氮掺杂石墨炭气凝胶，将氮掺杂炭气凝胶进行石墨化处理，酸洗之后，干燥得到氮掺杂石墨炭气凝胶，要求氮掺杂石墨炭气凝胶比表面积为250～750m2/g；所述的石墨化处理指：将氮掺杂炭气凝胶与具有催化低温石墨化效果的无机金属盐混合，然后将混合物在氮气、氩气、氨气、氦气、氢气或真空气氛任意一种气氛中，以特定程序加热；具有催化低温石墨化效果的无机金属盐和氮掺杂石墨炭气凝胶质量比为1～30之间；所述以特定程序加热包含六个阶段：第一阶段：从室温开始，以1～10℃/min的升温速率，升至200～800℃之间某个温度点；第二阶段：在第一阶段升温终点温度点保温1～10h；第三阶段：在第二阶段保温温度，以1～10℃/min的升温速率，升温至1100℃；第四阶段：在1100℃保温2～10h；第五阶段：在1100～1200℃，以1～10℃/min的升温速率，升温至1200℃；第六阶段：在1200℃保温0.5～10h；随炉冷却，得到氮掺杂石墨炭气凝胶和残留的石墨化催化剂混合物；第五步，制备氮掺杂石墨炭气凝胶负载Pt氧还原电催化剂：以氮掺杂石墨炭气凝胶作为载体，负载上Pt得到氮掺杂石墨炭气凝胶负载Pt氧还原电催化剂。2.如权利要求1所述的氮掺杂石墨炭气凝胶负载Pt氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于第一步所述有机物1指甲醛或糠醛；所述多羟基苯化合物指间苯二酚、苯酚、简苯三酚、儿茶酚中的任意一种；所述多胺基苯化合物指苯胺、间苯二胺、苯并噁嗪中的任意一种。3.如权利要求1所述的氮掺杂石墨炭气凝胶负载Pt氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于第一步所述水加入的量以水和多羟基苯化合物摩尔比，或者水与多胺基苯化合物摩尔比来计，在60～500之间。4.如权利要求1所述的氮掺杂石墨炭气凝胶负载Pt氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于第一步所述催化剂指：碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钾、盐酸、硫酸或磷酸中的任意一种。2CN113629259A权利要求书2/2页5.如权利要求1所述的氮掺杂石墨炭气凝胶负载Pt氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于第一步所述催化剂加入的量以催化剂与多羟基苯化合物摩尔比，或者催化剂与多