[发明专利]一种掺杂型石墨烯核壳型催化剂载体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有金属或金属氧化物/掺杂型石墨烯核壳型催化剂载体，并公开了上述担载型催化剂的制备方法。本发明公开的制备方法是一种简单的乙醇‑CVD法制备石墨烯包裹金属氧化物核壳型催化剂载体方法，以及微波乙二醇法将金属负载在核壳结构的催化剂载体表面，其具体步骤如下：一、准备均一反应溶液；二、离心洗涤；三、金属或金属氧化物包裹石墨烯；四、担载型催化剂的制备。本发明主要用于制备金属或金属氧化物/掺杂型石墨烯核壳型催化剂载体担载金属纳米颗粒催化剂。

技术领域

本发明涉及一种具有金属或金属氧化物/掺杂型石墨烯核壳结构催化剂载体及其担载型催化剂的制备方法。

背景技术

随着人类经济发展速度的日益加快，传统化石燃料逐渐不能满足高效、清洁、安全、经济的能源体系的要求，同时传统化石燃料所带来的环境问题更是严重威胁到人类未来的生存和发展，因此开发出一种环境友好的发电方式越来越受到人们的高度重视。燃料电池是将存储在燃料与氧化剂中的化学能直接转变为电能的过程。作为燃料电池的一种，质子交换膜燃料电池(PEMFC),由于其工作温度低、结构简单紧凑、能量密度和功率密度比其他燃料电池高、启动快、维护方便等优点，可作为汽车动力电源和家庭电源等原因而备受关注。在PEMFC中所发生的电化学反应都是在催化层中催化剂表面上完成的，所以催化剂是PEMFC最为关键的材料之一。

PEMFC中最为常用的载体材料为碳材料，如乙炔黑、VulcanXC-72R、碳纳米管、介孔碳载体、石墨烯等，其中Pt/XC-72是最为常用的催化剂，并具有较高的催化活性。然而，碳材料这类载体的腐蚀性是间接导致电池性能衰减的重要因素之一。尽管碳纳米管、石墨烯这类材料具有较高的石墨化，抗腐蚀能力明显高于其他碳材料，但仍然无法从根本上解决在长时间工作过程中发生腐蚀的问题。因此，寻求抗氧化、抗腐蚀的稳定载体材料成为各国研究的当务之急，并具有重要的现实意义。

近年来，非碳材料，因其较高的稳定性，引起了研究人员的广泛的关注。作为非碳材料的一种，氧化物材料以其抗氧化能力强、抗腐蚀性强，被越来越多的研究者用于催化剂载体中。但是，氧化物的导电性差、催化活性低、比表面积小等缺点又限制了其在电催化中的应用，从而限制了PEMFC的商业化进程。

由此可见，氧化物催化剂载体的导电性差、比表面积小的问题是制约PEMFC商业化进程的两大重要问题，因此，制备出一种催化活性高、比表面积大的新型的氧化物/石墨烯核壳结构的电催化剂尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于解决以氧化物作为载体的催化剂导电性差、比表面积小的问题，制备出一种催化活性高、比表面积大的新型的氧化物/石墨烯核壳结构的电催化剂。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种金属或金属氧化物/掺杂型石墨烯的核壳型催化剂载体，所述载体是以金属或金属氧化物为内核，掺杂型石墨烯为壳的结构。

优选的，所述的掺杂元素的含量为0.1wt％-10wt％。

优选的，所述的金属氧化物为CoO、Co₃O₄、SiO₂、TiO₂、MnO₂、Fe₂O₃、Fe₃O₄、NiO、SnO₂、ZrO₂、V₂O₅、WO₂、WO₃、CeO₂、Nb₂O₅、MoO₃、RuO₂、Bi₂O₃、GaO₂、ZnO、Al₂O₃中的一种，且所述的金属氧化物的直径为10nm-400nm。