[发明专利]一种硼、氮掺杂碳多孔纳米管包覆铂合金纳米颗粒材料催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种硼、氮掺杂碳多孔纳米管包覆铂合金纳米颗粒材料催化剂及其制备方法和应用，所述硼、氮掺杂碳多孔纳米管包覆铂合金纳米颗粒材料催化剂是由掺杂硼、氮的碳多孔纳米管以及包覆在掺杂硼、氮的碳多孔纳米管上的铂合金纳米颗粒组成，铂合金纳米颗粒的负载量为掺杂硼、氮的碳多孔纳米管的质量的2%‑20%；所述铂合金为铂钴、铂镍、铂铜或铂铁。本发明制备的催化剂成本低、且用于电催化反应制取臭氧有较高的反应效率，电催化反应过程的操作条件温和、绿色无污染，产生的臭氧量较高。

技术领域

本发明涉及一种硼、氮掺杂碳多孔纳米管包覆铂合金纳米颗粒材料催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

臭氧，是一种强氧化剂。由于其极强的氧化性，在水处理，化学氧化，食品加工，医疗等各个领域都发挥着巨大的作用。尤其在水处理领域，臭氧在水中对细菌、病毒等微生物杀灭率高、速度快，对有机化合物等污染物质去除彻底而又不产生二次污染。随着水源受有机化学工业产物污染，氯消毒后会产生氯仿、二氯甲烷、四氯化碳等氯化有机物，这些物质具有致癌性，而臭氧处理中氧化作用不产生二次污染化合物。

目前，工业上臭氧的产生方式主要有：无声放电法、紫外线法、电化学法等等。无声放电法为获得较高的臭氧浓度和生产效率，在臭氧发生过程中，还必须配置效果优良的气体干燥和发生装置冷却系统，因此设备庞大，投资费用高，且移动不便，产生的臭氧浓度不高，由于高压电离，臭氧混合物中还含有一定量的氮氧化物(NOx)致癌物质。而紫外线辐射法产量少、结构较复杂、波长难控制。采用电化学反应装置，具有设备简单，体积小，移动方便，操作简便等优点，且不产生有害的氮氧化物。因此，近年来，美、德、法、英等国正在积极开展电解法制取臭氧的研究和开发工作。现有的用于催化电化学反应制臭氧的催化剂，通常存在催化剂成本高、催化效率低的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种硼、氮掺杂碳多孔纳米管包覆铂合金纳米颗粒材料催化剂及其制备方法和应用，本发明制备的催化剂成本低、且用于电催化反应制取臭氧有较高的反应效率，电催化反应过程的操作条件温和、绿色无污染，产生的臭氧量较高。

所述的一种硼、氮掺杂碳多孔纳米管包覆铂合金纳米颗粒材料催化剂，其特征在于其是由掺杂硼、氮的碳多孔纳米管以及包覆在掺杂硼、氮的碳多孔纳米管中的铂合金纳米颗粒组成，铂合金纳米颗粒的负载量为掺杂硼、氮的碳多孔纳米管的质量的2%-20%；所述铂合金为铂钴、铂镍、铂铜或铂铁。

所述的一种硼、氮掺杂碳多孔纳米管包覆铂合金纳米颗粒材料催化剂，其特征在于铂合金纳米颗粒的负载量为掺杂硼、氮的碳多孔纳米管的质量的10%。

所述的一种硼、氮掺杂碳多孔纳米管包覆铂合金纳米颗粒材料催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将聚乙二醇、尿素、硼酸、非贵金属盐和铂源一并溶于水中，混合均匀，形成的溶液在80-200℃温度下干燥6-24小时，使溶液中的水分完全蒸发，得到固态混合物；

2）将步骤1）所得固态混合物置于管式炉内，在高纯气体气氛下焙烧，焙烧温度为200-900℃，焙烧时间为0.5-8小时，即制得所述硼、氮掺杂碳多孔纳米管包覆铂合金纳米颗粒材料催化剂。

所述的一种硼、氮掺杂碳多孔纳米管包覆铂合金纳米颗粒材料催化剂的制备方法，其特征在于步骤1）中，所述非贵金属盐为乙酰丙酮钴、乙酰丙酮镍、乙酰丙酮铁或乙酰丙酮铜；所述聚乙二醇、尿素和硼酸的质量比为0.08~0.12 : 0.8~1.2 : 0.02~0.05。

所述的一种硼、氮掺杂碳多孔纳米管包覆铂合金纳米颗粒材料催化剂的制备方法，其特征在于步骤1）中，聚乙二醇、非贵金属盐和铂源的质量比为50 : 0.8~1.5 : 1~2；所述铂源为乙酰丙酮铂。

所述的一种硼、氮掺杂碳多孔纳米管包覆铂合金纳米颗粒材料催化剂的制备方法，其特征在于步骤2）中，高纯气体为氮气。