[发明专利]碳纳米管载体的活化方法、碳纳米管载体及其应用

说明书

本发明公开了一种碳纳米管载体的活化方法、碳纳米管载体及其应用。所述活化方法包括：将主要由作为正极的碳纳米管组装体与对电极组成的电极体系置入电解质；向所述电极体系施加直流恒电流或直流恒电位，对所述碳纳米管组装体进行电缺陷化处理，获得缺陷化的碳纳米管组装体。本发明采用电缺陷化法操作更加简便、耗时短，既可对碳纳米管进行氧功能化，又可大幅提高其碳管内部缺陷程度；所获的碳纳米管载体不仅被阳极氧化，还在碳纳米管上制造了丰富的边缘、孔洞缺陷，大幅度提高了碳纳米管的氧还原催化性能，可进一步作为氧还原催化剂的载体制备氧还原催化剂，应用于燃料电池领域。

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管载体的活化方法，特别涉及一种应用于氧还原催化剂的碳纳米管载体，以及提高碳纳米管载体氧还原催化活性的方法及其应用，属于能源与清洁技术领域。

背景技术

随着人类对可再生、可持续、清洁能源的关注，燃料电池的发展逐渐被重视，关于燃料电池的阴极氧还原催化剂的研究日益增多。传统的燃料电池阴极催化剂以贵金属催化剂为主，主要为商业化20wt％铂碳催化剂，但贵金属催化剂存在价格高昂、抗甲醇毒化能力差、稳定性差的缺陷，因而如今许多国内外的专家学者致力于发展高催化性能、稳定、低价的氧还原催化剂应用于燃料电池。近来，过渡金属部分取代贵金属(合金)、过渡金属氧化物、掺杂碳纳米材料、过渡金属-氮-碳复合物及其相关的复合纳米材料等氧还原催化剂走入人们的视野。其中，一维碳纳米管具有特殊纳米结构以及高导电率、高力学强度、高比表面积等特异性能，是良好的导电添加剂和支持载体，基于碳纳米管的纳米材料能够实现氧催化剂长寿命、稳定、低廉、工业化的目标。然而，由于原始碳纳米管微观表面及催化惰性的问题，制备基于碳纳米管的优异氧还原催化剂仍需解决碳纳米管的担载能力与催化活性，碳纳米管的功能化预处理十分重要。目前常见的碳纳米管功能化预处理方法主要有混合浓酸氧化法，在加热回流的情况下加入高浓度强氧化性酸，对碳纳米管化学氧化，其缺点是安全性低、耗时长；此外还有电化学活化法，通过在高电位区间内以碳纳米管组装体为工作电极以稀酸为电解质进行循环伏安法电化学氧化碳纳米管。目前以上的方法都只是对碳纳米管的氧化处理，在碳纳米管表面上赋予了含氧官能团，主要在于对碳纳米管进行氧功能化改善碳纳米管的亲水性从而增强负载能力，然而对于碳纳米管氧还原催化性能的提升程度有限。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种碳纳米管载体及其活化方法，以克服现有技术中的不足。

本发明的另一目的还在于提供一种氧还原催化剂及其制备方法。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种碳纳米管载体的活化方法，其包括：

将主要由作为正极的碳纳米管组装体与对电极组成的电极体系置入电解质；

向所述电极体系施加直流恒电流或直流恒电位，对所述碳纳米管组装体进行电缺陷化处理，获得缺陷化的碳纳米管组装体。

本发明实施例还提供了由前述方法制得的缺陷化的碳纳米管载体。

本发明实施例还提供了前述的缺陷化的碳纳米管载体于制备氧还原催化剂或燃料电池中的用途。

本发明实施例还提供了一种氧还原催化剂，其包括：

权利要求9所述缺陷化的碳纳米管载体；以及

负载于所述碳纳米管载体上的催化活性物质。

本发明实施例还提供了一种氧还原催化剂的制备方法，其包括：

提供前述缺陷化的碳纳米管载体，

以及，在所述碳纳米管载体上负载催化活性物质，从而获得所述氧还原催化剂。

本发明实施例还提供了一种燃料电池，其包含前述的缺陷化的碳纳米管载体或氧还原催化剂。