[发明专利]一种石墨型氮化碳和碳复合载体负载Ir催化剂的制备及应用

说明书

本发明涉及一种石墨型氮化碳和碳复合载体负载Ir催化剂的制备方法和应用，具体为:石墨型氮化碳和碳复合载体的制备,以氮源、碳源为前驱体，加入混合溶剂，搅拌后烘干溶剂，然后在氩气中热处理，制得复合载体。然后取复合载体于混合溶剂中，超声分散后，加入铱前驱体，搅拌分散，烘干溶剂，然后在氢气中热处理，经过离心洗涤、真空干燥得到石墨型氮化碳和碳复合载体负载Ir催化剂。TEM测试表明：石墨型氮化碳和碳复合载体负载Ir催化剂，载量不大于1wt％时，无金属纳米颗粒，大于1％时，有金属纳米颗粒。LSV测试表明：1％Ir@g‑C₃N₄/C和2％Ir@g‑C₃N₄/C,在50mV过电势下的质量比活性是Pt/C的43％和120％。

技术领域

本发明涉及一种碱性阴离子交换膜燃料电池氢氧化石墨型氮化碳和碳复合载体负载Ir催化剂的制备及应用，该催化剂的制备方法经过石墨型氮化碳和碳复合载体的制备和石墨型氮化碳和碳复合载体负载Ir两步,最终得到产物为Ir@g-C₃N₄/C。作为碱性阴离子交换膜燃料电池氢氧化电催化剂,1％Ir@g-C₃N₄/C在0.05V下的质量比活性是商业化Pt/C的43％，2％Ir@g-C₃N₄/C在0.05V下的质量比活性是商业化Pt/C的120％。

背景技术

碱性阴离子交换膜燃料电池(AAEMFC)是一种新型聚合物电解质膜燃料电池。与质子交换膜燃料电池(PEMFC)相比,它具有碱性燃料电池(AFC)阴极氧还原反应(ORR)动力学快的优点,阴极有望从根本上摆脱对贵金属铂的依赖；同时又采用固态阴离子聚合物电解质膜，克服了AFC中液体电解质KOH泄露以及碳酸盐化等问题,结合了AFC和PEMFC二者的优点。因此，AAEMFC具有广阔的应用前景，成为燃料电池领域里新的研究方向。

虽然，AAEMFC具备碱性燃料电池(AFC)阴极氧还原反应(ORR)动力学快的优点，但是研究发现：碱性条件下，即便是贵金属铂族催化剂作为阳极氢氧化反应(HOR)的电催化剂，其交换电流密度却比酸性条件下慢2个数量级。阳极催化剂的pH效应严重阻碍了AAEMFC阳极降低贵金属载量以及使用非贵金属催化剂目标的实现，因此近期针对碱性条件下，可使用的非铂或者非贵金属阳极氢氧化催化剂的研究逐渐成为新热点。

在碱性氢氧化电催化剂的研究方面，金属Ir及其Ir-M合金催化剂已引起了广泛的关注。J.Ohyama.等人(J.Mater.Chem.A,2016,4,15980)制备了一种Ru–Ir/C催化剂。在碱性条件下，发现Ru–Ir/C纳米颗粒的催化活性是Pt/C的4倍。Hongsen Wang.等人(J.Am.Chem.Soc,2017)介绍了一种IrPdRu/C制备方法，该阳极催化剂催化活性优于Pt/C。Wei Luo.等人(J.Mater.Chem.A,2017,5,22959)制备的Ir纳米线具有较好的氢氧化催化活性。

本发明采用浸渍还原法制备石墨型氮化碳和碳复合载体负载Ir催化剂，通过石墨型氮化碳中的氮原子固定原子Ir,同时调变Ir的电子结构。同时石墨型氮化碳和碳复合具有较好的导电性，复合载体负载Ir催化剂中Ir的理论载量不大于2％，碱性氢氧化活性较好。

发明内容

本发明的目的是提供一种碱性阴离子交换膜燃料电池氢氧化石墨型氮化碳和碳复合载体负载Ir催化剂，保证依据该催化剂的制备方法制备出的氢氧化电催化剂可以使碱性阴离子交换膜燃料电池具备较好的全电池性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明一方面提供一种石墨型氮化碳和碳复合载体负载Ir催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：