[发明专利]一种以杂原子掺杂金属氧化物为载体的铂基催化剂的制备方法

说明书

一种以杂原子掺杂金属氧化物为载体的铂基催化剂的制备方法，属于电化学技术领域。本发明利用PECVD法将杂原子掺杂到金属氧化物的晶格内部改变了金属氧化物本身的化学性质，极大的提高了金属氧化物的导电性，同时Pt可以更好地负载在载体的表面，提高了Pt的利用效率和稳定性，使催化剂成本也得到大幅度降低。本发明采用比如C₂H₂、NH₃等作为碳源和氮源，在PECVD管式炉高温高压的环境中，C或N渗入到金属氧化物晶格内部。利用PECVD法可以一步完成碳或氮的掺杂过程，碳或氮掺杂在一定程度上改变了金属氧化物的导电性，载铂后催化剂表现出优异的甲醇氧化性能，且在高电位下显示出优异的稳定性。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种以杂原子掺杂金属氧化物为载体的铂基催化剂的制备方法。

背景技术

随着人类社会的高度发展以及全球人口的不断增长，能源危机和环境污染问题成为了制约全人类持续发展的关键因素，这两大问题是21世纪以来全世界科技工作者共同面对的难题。进入21世纪以来，我国的工业实力突飞猛进，现已跻身成为世界上第二大经济体，人们在享受工业文明带来的丰富的物质生活的同时也越发感觉到工业化对环境造成的严重污染，人们开始致力于寻找一种更加高效、清洁、环保的能源利用解决方案，同时国家也对新能源产业表现出极高的关注度以及加大了对新能源产业的资金以及技术投入。在这种大环境下，许多新能源产业蓬勃发展，成为了我国工业体系中亮眼而重要的一环。例如在新能源汽车领域最被看好的锂离子电池和燃料电池等。

燃料电池是高效地将化学能直接转化为电能的装置。由于不受卡诺循环限制，其理论能量转化效率可以达到85％以上，远高于一般内燃机(30％左右)的能量转换效率。同时燃料电池在工作过程中的产物主要为水和二氧化碳，几乎不排放氮氧化物，对环境十分友好。从这两方面来看，燃料电池作为未来汽车的动力来源要远优于内燃机。相比于锂离子电池，燃料电池也有着巨大的优势，首先燃料电池的能量密度高，就一般作为燃料的甲醇而言，其能量密度为6.1KWh·kg^-1，为锂离子电池正极材料的10倍。其次锂离子电池在使用过程中不易长期深充放电，否则会导致其容量迅速下降，因此在作为电动汽车的动力电源时无法完全发挥其全部的能量。目前市面上以锂离子电池为动力的电动汽车的续航里程普遍在400公里以下，而燃料电池的续航里程取决于所携带燃料的量，其续航里程普遍可以达到600公里，远高于锂离子电池为动力的电动汽车。因此，燃料电池车被认为是未来真正可以完全替代汽油车的新能源汽车。

对于阳极甲醇氧化过程来说，开发出适应高电位的高活性、高稳定性的甲醇氧化铂基催化剂仍然具有挑战性，开发出在甲醇体系中耐腐蚀的高稳定性催化剂载体是提高铂基催化剂在甲醇氧化中的催化效率的关键。金属氧化物在酸、碱环境中的化学性质稳定，而且和贵金属铂有协同作用可以提高催化性能。然而，金属氧化物本身导电性比较差，不适合作为电催化剂的载体，因此如何有效的提高金属氧化物在整个催化过程中的导电性就变成了重中之重。

发明内容

本发明的目的是为了解决甲醇氧化过程中催化剂载体不耐腐蚀，且很难同时满足高催化活性和高稳定性的问题，提供一种以杂原子掺杂金属氧化物为载体的铂基催化剂的制备方法，本发明采用一步法制备杂原子掺杂的金属氧化物作为载体，而且工艺流程简单，通过此方法制备的催化剂可以在硫酸和甲醇溶液中表现出优异的催化性能，同时满足高电位下催化剂的高稳定性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种以杂原子掺杂金属氧化物为载体的铂基催化剂的制备方法，所述方法步骤如下：

步骤一：将金属氧化物平铺置于瓷舟中，将瓷舟放置于PECVD管式炉中加热区中间位置，打开真空泵，在石英管内达到真空条件，将射频电源功率调大，启动开辉光，通入气体，在真空环境中高温煅烧；待温度降至室温后，取出磁舟，将磁舟中的粉末倒出研细；