[发明专利]一种基于中空ZSM-5的多孔碳基催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于中空ZSM‑5的多孔碳基催化剂的制备方法，包括以下步骤：将中空ZSM‑5依次与含铵根离子溶液和含钙离子溶液混合，进行改性，得到改性中空ZSM‑5；将所述改性中空ZSM‑5与含铂离子溶液混合，进行浸渍，得到中空ZSM‑5负载铂；以碳氢化合物为碳源，对所述中空ZSM‑5负载铂进行化学气相沉积，得到中空ZSM‑5负载铂‑碳材料；将所述中空ZSM‑5负载铂‑碳材料与碱液混合，进行刻蚀，得到多孔碳基催化剂。本发明通过离子交换改性、湿化学浸渍法和化学气相沉积相结合，制备得到的多孔碳基催化剂比表面积高，具有分级多孔结构和高稳定性。

技术领域

本发明属于碳基电催化剂技术领域，具体涉及一种基于中空ZSM-5的多孔碳基催化剂及其制备方法。

背景技术

多孔碳基材料由于其高比表面积而被广泛应用于电化学催化，例如由于其表面积大而被用作载体，由于其可调节的活性位点和高电导率而被用作催化剂。具体地说，多孔碳基催化剂在下一代能源装置所涉及的反应中表现出令人称赞的性能，例如氧还原反应(ORR)，甲醇氧化反应(MOR)和甲酸氧化反应(FAOR)。在这方面，多孔碳基材料引起了广泛的研究兴趣，特别是基于铂(Pt)的多孔碳催化剂，其具有独特的孔结构，大表面积，出色的结构稳定性和高导电性等优势，在电化学催化中有着出色的表现，因为多孔骨架不仅可以增加反应物可及区域的活性分子，也提高了电子迁移率，并在催化反应中提供了有效的质量转移。但是由于以下原因导致其在燃料电池运行期间催化活性会下降：(1)碳载体腐蚀导致Pt损失和聚集；(2)由表面张力驱动的Pt纳米颗粒的聚集；(3)奥斯特瓦尔德熟化；(4)Pt的电位依赖性化学溶解，并迁移到质子交换膜中。因此，有必要对多孔碳基催化剂改进来提高其稳定性以避免在使用过程中催化活性降低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于中空ZSM-5的多孔碳基催化剂及其制备方法。本发明提供的多孔碳基催化剂具有出色的稳定性，能够实现自支撑，将其用于燃料电池中时能够避免催化活性降低的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种基于中空ZSM-5的多孔碳基催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将中空ZSM-5依次与含铵根离子溶液和含钙离子溶液混合，进行改性，得到改性中空ZSM-5；

(2)将所述步骤(1)得到的改性中空ZSM-5与含铂离子溶液混合，进行浸渍，得到中空ZSM-5负载铂；

(3)以碳氢化合物为碳源，对所述步骤(2)得到的中空ZSM-5负载铂进行化学气相沉积，得到中空ZSM-5负载铂-碳材料；

(4)将所述步骤(3)得到的中空ZSM-5负载铂-碳材料与碱液混合，进行刻蚀，得到多孔碳基催化剂。

优选地，所述步骤(1)含铵根离子溶液中铵根离子和所述含钙离子溶液中钙离子的浓度独立地为0.5～2mol/L。

优选地，所述步骤(2)含铂离子溶液为硝酸四氨合铂溶液或氯铂酸溶液。

优选地，所述步骤(2)含铂离子溶液中铂离子的浓度为1～3mmol/L。

优选地，所述步骤(2)中改性中空ZSM-5的质量与含铂离子溶液的体积之比为0.1g：(10～50)mL。

优选地，所述步骤(2)中浸渍的时间为6～24h。

优选地，所述步骤(3)中化学气相沉积在保护气氛中进行。

优选地，所述步骤(3)中化学气相沉积的温度为750～1000℃；化学气相沉积的时间为1～4h。

优选地，所述步骤(4)中碱液为氢氧化钠溶液或氨水；碱液的浓度为1～3mol/L。