一种担载型低铂核壳催化剂及其制备和应用.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CN109962246A(43)申请公布日2019.07.02(21)申请号201711337993.1(22)申请日2017.12.14(71)申请人中国科学院大连化学物理研究所地址116023辽宁省大连市沙河口区中山路457-41号(72)发明人孙公权许新龙王素力(74)专利代理机构沈阳科苑专利商标代理有限公司21002代理人马驰(51)Int.Cl.H01M4/88(2006.01)H01M4/90(2006.01)H01M4/92(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种担载型低铂核壳催化剂及其制备和应用(57)摘要本发明涉及一种担载型低铂核壳催化剂及其制备方法，所述方法是将过渡金属(Co、Fe、Zn)掺杂的金属有机骨架热解后得到的金属纳米颗粒担载的多孔碳骨架作为载体，通过化学置换的方法形成以过渡金属为核以铂为壳的低铂核壳结构催化剂，核壳结构的组分和尺寸可以通过改变多元金属有机骨架中的金属比例实现。与现有技术相比，本发明优点：制备的有机金属骨架中的锌元素在热解过程可以作为阻隔剂阻止形成的过渡金属纳米颗粒发生团聚，锌元素在温度超过900℃后会随气氛蒸发，不会残留在催化剂中；担载的铂以核壳结构中壳的形式担载在过渡金属表面，铂的载量低利用率高；核壳结构中的过渡金属核能改变铂表面的电子性能，从而调节催化性能；有机金属骨架热解形成高比表面的多孔碳载，有利于活性位的均匀分布以及反应过程的CN109962246A传质。CN109962246A权利要求书1/1页1.一种担载型低铂核壳催化剂，其特征在于：所述低铂核壳催化剂以过渡金属纳米颗粒为核，以铂为壳，过渡金属纳米颗粒担载于氮掺杂的多孔碳材料上；过渡金属核中金属与铂的摩尔比为1:10-1:100；过渡金属核担载量为质量分数5％-20％。2.如权利要求1所述担载型低铂核壳催化剂，其特征在于：所述核壳结构外径为2-10nm；铂壳以单原子层的形式包裹于过渡金属纳米颗粒核的外表面。3.如权利要求1所述担载型低铂核壳催化剂，其特征在于：过渡金属为Co、Fe、Ni中的一种或两种以上，且其原位担载于载体上。4.如权利要求1所述担载型低铂核壳催化剂，其特征在于：所述氮掺杂的多孔碳材料为直径为50nm-1μm颗粒，比表面为500-1500cm2g-1；氮元素质量含量为2％-8％，N元素存在的形式为吡啶N、吡咯N、石墨化N和氧化N中的一种或两种以上。5.一种权利要求1-4任一所述低铂核壳催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)金属有机骨架的合成：制备锌盐、过渡金属盐和有机配体的混合溶液；于30℃-120℃条件下进行反应，然后通过离心或抽滤分离得金属有机骨架；(2)担载型氮掺杂的多孔碳材料的制备：将步骤(1)获得的金属有机骨架于惰性气氛下进行高温碳化得担载有过渡金属纳米粒子的氮掺杂的多孔碳材料；(3)担载型低铂核壳催化剂的制备：将步骤(2)获得的担载型氮掺杂的多孔碳材料于水中制成浆液，惰性气体保护下于所述浆液中逐滴加入氯铂酸水溶液并持续搅拌至浆液均匀，过滤、洗涤得担载型低铂核壳催化剂。6.如权利要求5所述低铂核壳催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述锌盐和过渡金属盐具有同样的阴离子；所述过渡金属盐为硝酸钴、氯化钴、硝酸铁、氯化铁、硝酸镍、氯化镍的一种或两种以上；所述有机配体为2-甲基咪唑；所述溶剂为甲醇、乙醇、水和DMF中的一种或两种以上。7.如权利要求5所述低铂核壳催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述混合溶液中锌离子浓度为0.0125-0.1mol/L，锌离子与过渡金属离子的摩尔比为100:1-1:1；锌离子与有机配体的物质的量的比为1:4-1:8。8.如权利要求5所述担载型低铂核壳催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述高温碳化处理过程为升温至900-1100℃并保持0.5-3h，然后降温至室温；所述升温过程中的从室温升温至碳化温度的升温速率为2-5℃/min；所述降温过程中降温速率为1-10℃/min；所述惰性气氛为氮气、氩气、氦气、氖气中的一种或两种。9.如权利要求5所述担载型低铂核壳催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述浆液的浓度为1-5gL-1；惰性气体为氮气、氩气、氦气、氖气中的一种或两种的混合气；氯铂酸水溶液的浓度为100-1000μgmL-1；所述浆液与氯铂酸水溶液的体积比为1：10-1：100。10.如权利要求1-4任一所述低铂核壳催化剂的应用，其特征在于：所述催化剂为聚合物电解质膜燃料电池和金属空气电池阴极氧还原反应电催化剂。2CN109962246A说明书1/4页一种担载型低铂核壳催化剂及其制备和应用技术领域[0001]本发明涉及催化剂制备及