申请/专利权人：重庆大学

申请日：2020-11-09

公开（公告）日：2024-06-07

公开（公告）号：CN112366328B

主分类号：H01M4/92

分类号：H01M4/92;B82Y30/00;B82Y40/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.07#授权;2021.03.05#实质审查的生效;2021.02.12#公开

摘要：针对目前Pt基催化剂活性差、稳定性低、利用率小的问题，本发明通过二维超晶体材料，有序地组装成特定尺寸和功能的燃料电池电极催化层。本发明巧妙的利用层状双氢氧化物表面裸露的金属阳离子与咪唑的强配位作用，将金属有机框架化合物携带纳米铂颗粒沿层状双氢氧化物二维表面生长成超晶体。通过热处理将二维超晶体碳化并同时去除层状双氢氧化物，形成三维框架结构的有序二维组装，进而形成燃料电池部分有序催化层。该催化层在超低Pt载量燃料电池中，表现出优异的电催化性能、优异的稳定性和抗溺水性能。

主权项：1.一种部分有序二维超晶体铂合金催化层的制备方法，其具体方法步骤包括：1表面活性剂修饰的Pt纳米颗粒分散液的制备将氯铂酸溶解在浓度为10molL盐酸溶液中，然后加入甲醇和聚乙烯吡咯烷酮，形成铂质量浓度为10mgmL的铂前驱体溶液；再用NaOH甲醇溶液调pH至9～10后，冷凝回流反应3小时；将40℃减压蒸馏去除溶液后再次分散到甲醇溶液中，获得铂质量浓度为0.8mgmL的表面活性剂修饰的Pt纳米颗粒分散液；其特征在于：2钴金属离子表面暴露的层状双氢氧化物制备按含氮小分子：钴金属盐：过渡金属盐的摩尔比为7︰1︰1或7︰2︰1或7︰4︰1或7︰6︰1称取含氮小分子、钴金属盐，过渡金属盐，配置成浓度分别为5～35mmolL的混合溶液；用氮气去除混合水溶液中氧后，90～97℃回流40～50小时，离心分离，乙醇和水交替洗涤，60～70℃烘干，得到钴金属离子表面暴露的层状双氢氧化物；所述的钴金属盐为六水合硝酸钴、四水合醋酸钴、氯化钴的其中之一；所述过渡金属盐为硫酸铝、硫酸锰、硫酸铁、硫酸镍、硝酸铝、硝酸锰、硝酸铁、硝酸镍、氯化铝、氯化锰、氯化铁、氯化镍其中之一；所述含氮小分子为尿素，三乙胺，伯胺其中之一；3二维超晶体有机金属框架的制备按钴金属盐︰有机配体的摩尔比为1︰4～8称取钴金属盐和有机配体，按表面活性剂修饰的Pt纳米颗粒︰有机配体质量比为1：180～250量取制备得到的表面活性剂修饰的Pt纳米颗粒分散液；首先将钴金属离子表面暴露的层状双氢氧化物分散于钴金属盐浓度为0.05～0.1molL的乙醇或甲醇或水溶液中形成层状双氢氧化物分散液，将有机配体配置成浓度为0.4～0.8molL的乙醇或甲醇或水溶液形成有机配体溶液；然后将上述有机配体溶液和表面活性剂修饰的Pt纳米颗粒分散液同时倒入上述层状双氢氧化物分散液中，搅拌5～15分钟后转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封后100～120℃反应2～4小时，经离心分离、乙醇洗涤、烘干，获得二维超晶体金属有机框架纳米颗粒；所述的金属盐为六水合硝酸钴、四水合醋酸钴、氯化钴的其中之一；所述有机配体为2-甲基咪唑、1,2-二甲基咪唑和4-甲基咪唑的其中之一；4二维超晶体PtCo合金的制备将制备出的二维超晶体金属有机框架粉末样品置于管式炉中，真空抽出空气后，以5～10毫升分钟的氢气流量和50～90毫升分钟的氮气流量通入在混和气，随后在混合气氛保护下以0.5～5℃分钟升温至300～500℃，在保持1～3小时，再以5～10℃分钟升温至750～900℃保持0.5～3小时，得到初始催化剂粉末；最后将上述初始催化剂粉末分散在0.1～2.0molL的质子酸溶液中，60～80℃连续搅拌8～24小时，经无水乙醇洗涤3次、干燥，获得二维超晶体结构PtCo合金催化剂；所述质子酸溶液为盐酸溶液、硫酸溶液和硝酸溶液的其中之一；5部分有序二维超晶体铂合金催化层制备按二维超晶体结构PtCo合金催化剂︰全氟磺酸树脂︰异丙醇质量比为1︰0.05～0.3︰50～200称取二维超晶体结构PtCo合金催化剂、全氟磺酸树脂和异丙醇；将上述二维超晶体结构PtCo合金催化剂分散于全氟磺酸树脂异丙醇醇溶液中，超声搅拌10-25min形成喷涂液；然后以氮气氩气空气为载气、喷嘴液体流速30～50微升分钟，将上述喷涂液蛇形交叉喷涂于60～80℃的碳纸表面，形成有序交叉的碳纸催化层；然后喷涂液︰全氟磺酸树脂异丙醇溶液体积比为1︰0.5～1.5量取全氟磺酸树脂异丙醇溶液，所述全氟磺酸树脂异丙醇溶液中全氟磺酸树脂浓度为0.1～1％；将上述全氟磺酸树脂异丙醇溶液以氮气氩气空气为载气、喷嘴液体流速30～50微升分钟，喷涂于20～30℃的上述碳纸催化层，然后在真空度0.05～0.2Pa、60～80℃下抽气10～60分钟，获得部分有序二维超晶体铂合金催化层。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 重庆大学 一种部分有序二维超晶体铂合金催化层的制备方法

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