[发明专利]铜铂合金纳米粒子负载氮掺杂三维多孔碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及碳基负载材料的合成领域，具体地，公开了一种铜铂合金纳米粒子负载氮掺杂三维多孔碳材料及其制备方法和应用；其中，所述制备方法包括：将铜源、锌源和第一溶剂混合，得到混合液A；将2‑甲基咪唑和第二溶剂混合，得到混合液B；将混合液A和混合液B混合、静置后得到产物A1；将产物A1经煅烧后，得到产物B1；将产物B1分散在水中，加入氯铂酸水溶液和抗坏血酸水溶液，反应后得到铜铂合金纳米粒子负载氮掺杂三维多孔碳材料。制得的铜铂合金纳米粒子负载氮掺杂三维多孔碳材料具有氧还原反应和氢析出反应双功能催化性能、铂负载量低、且性能稳定等优点。

技术领域

本发明涉及碳基负载材料的合成领域，具体地，涉及一种铜铂合金纳米粒子负载氮掺杂三维多孔碳材料及其制备方法和应用。

背景技术

燃料电池被认为是一种非常有前途的能源方案，因为其高效，零排放，运行过程安静，原料可再生。其中，质子交换膜燃料电池因其具有工作温度低，快速相应，发电单元模块化，可靠性高，受到广泛关注。然而，质子交换膜燃料电池阴极氧气还原反应速率迟缓，是制约其发展的主要原因。

氢气是理想的清洁能源，具有高能量密度，燃烧产物不含碳，被认为是真正可以替代化石燃料的能源，且具有着巨大的潜在开发价值。未来氢气的主要来源之一是电解水制取氢气，由于其制氢的过程“零污染”，产物相对纯净，将极大降低环境的负荷。电解水制氢涉及的一个重要反应就是阴极水还原及析氢反应。目前工业上所用的电解水制氢在碱性条件下所施加的电压远高于水分解的理论电压，有大量的电能被用来克服电极表面的过电势，因此开发催化剂是有必要的。

铂具有优秀的氧还原反应和氢析出反应催化性能，但是其价格昂贵且储量稀缺，降低铂负载量有助于降低催化剂价格。因此，提供一种具有氧还原反应和氢析出反应双功能催化性能、铂负载量低、且性能稳定的铜铂合金纳米粒子负载氮掺杂三维多孔碳材料是本发明亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜铂合金纳米粒子负载氮掺杂三维多孔碳材料及其制备方法和应用，制得的铜铂合金纳米粒子负载氮掺杂三维多孔碳材料具有氧还原反应和氢析出反应双功能催化性能、铂负载量低、且性能稳定等优点。

为了实现上述目的，本发明提供一种铜铂合金纳米粒子负载氮掺杂三维多孔碳材料的制备方法，所述制备方法包括：

(1)将铜源、锌源和第一溶剂混合，得到混合液A；

(2)将2-甲基咪唑和第二溶剂混合，得到混合液B；

(3)将混合液A和混合液B混合、静置后得到产物A1；

(4)将产物A1经煅烧后，得到产物B1；

(5)将产物B1分散在水中，加入氯铂酸水溶液和抗坏血酸水溶液，反应后得到氮掺杂三维多孔碳材料。

本发明还提供了一种铜铂合金纳米粒子负载氮掺杂三维多孔碳材料，所述铜铂合金纳米粒子负载氮掺杂三维多孔碳材料由上述的制备方法制得。

本发明还提供了一种如上述的铜铂合金纳米粒子负载氮掺杂三维多孔碳材料在燃料电池中的应用。

通过上述技术方案，本发明提供了一种铜铂合金纳米粒子负载氮掺杂三维多孔碳材料及其制备方法和应用，通过首先制备含铜的三维氮掺杂多孔碳载体，再原位负载铂，形成铜铂合金，材料的性能得的明显提升；在0.1mol/L的氢氧化钾水溶液中，氧还原反应的半波电位为0.883mV(vs.RHE)，在10mA·cm^-2的电流密度下，氢析出的过电位为67mV，均优于商业铂碳(Pt20wt.％)，并且稳定性也优于铂碳。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明