[发明专利]一种铂基高效稳定氧还原电催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种铂基高效稳定氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，利用铂盐与聚合物络合形成铂纳米胶束，在将所得铂纳米胶束在金属框架聚合物合成过程中植入其中，或，通过将铂纳米胶束合成原料加入到金属框架聚合物合成溶液中，实现将铂纳米胶束原位植入到金属框架聚合物中，后经干燥、碳化以及后处理获得氧还原电催化剂；

具体为：

（1）铂源与聚合物络合制备铂胶束前驱体：将可以络合铂源的聚合物溶于溶剂中形成溶液A，将预先溶解完全的铂盐溶液缓慢滴加到溶液A中，搅拌混匀；其中，控制铂盐与聚合物前驱体摩尔比值为1~20，25~60摄氏度搅拌混匀，待用；

（2）金属框架聚合物的组装与包覆：将锌盐溶解于溶剂中使其完全溶解；之后将过渡金属盐和组装用有机前驱体共同溶解于溶剂中使其充分溶解；然后将上述两种溶液混合形成溶液B，而后通过滴加的方式将步骤（1）中的铂胶束前驱体溶液加入溶液B中，搅拌混匀，使具有铂盐络合物均匀分散至金属有机框架聚合物中；其中，锌盐与溶剂的质量比值为5~40，组装用有机前驱体与溶剂的质量比值为5~50，锌盐与过渡金属、有机前驱体的质量比为1:0.01~0.5:0.5~2；

或，（2）通过原位植入方式将锌盐和铂盐分别溶解于溶剂中使其完全溶解；之后将过渡金属盐、可以络合铂盐的聚合物和组装用有机前驱体共同溶解于溶剂中使其充分溶解；然后将形成的两种溶液混合形成溶液C，搅拌混匀，使具有铂盐络合物均匀分散至金属有机框架聚合物中；其中，锌盐与溶剂的质量比值为5~40，组装用有机前驱体与溶剂的质量比值为5~50，锌盐与过渡金属、有机前驱体的质量比为1:0.01~0.5:0.5~2；

（3）聚合物的清洗及冷冻干燥处理：将步骤（2）获得分散有具有铂盐络合物的金属框架聚合物采用溶液进行离心清洗2-5遍，清洗后冷冻干燥，待用；

（4）干燥聚合物的碳化处理：将步骤（3）获得的干燥聚合物破碎，破碎后在700~1100℃碳化处理0.5~4小时，而后冷却至室温，得到碳基体石墨化充分、铂与过渡金属有序合金化的复合物；

（5）催化剂后处理：将步骤（4）获得的复合物再次破碎成纳米粉末，粉末经酸性溶液下进行亲水处理得到亲水性良好的铂基复合催化剂；

所述步骤（1）中聚合物为阴离子聚合物；阴离子聚合物为聚丙烯酸钠、聚苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酰胺或聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物；

所述步骤（2）中以5-20毫升每分钟的滴加速度将步骤（1）中的铂胶束前驱体加入溶液B中；

过渡金属盐为钴盐、铁盐、镍盐、钼盐或锰盐；

组装用有机前驱体为咪唑类、胺类或吡咯；

所述步骤（3）中分散有具有铂盐络合物的金属框架聚合物经溶液进行离心清洗2-5遍，离心速率为5000-9000转/分钟，清洗后粉末在零下10-50摄氏度，冷冻干燥时间为5-24小时；

所述溶液为甲醇和/或乙醇；

所述步骤（4）干燥后聚合物破碎过200目筛，将过筛粉末采用管式炉进行碳化处理，碳化气氛为氮气、氩气、氢气中的一种或几种，炭化炉升温速率为1-20摄氏度每分钟，气体流速为1-200毫升每分钟；

所述步骤（5）纳米粉末经酸性溶液于60-100摄氏度，酸洗12-48小时，酸洗后60-80摄氏度真空干燥10-48小时；其中，酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸中的一种或多种。

2.按权利要求1所述的铂基高效稳定氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）将可以络合铂源的聚合物溶于溶剂中，室温下超声10-100分钟，然后磁力匀速搅拌3-30小时，实现聚合物在溶剂的完全溶解；将预先溶解完全的铂盐溶液缓慢滴加到聚合物溶液中，以500-1000转每分钟的搅拌速度快速搅拌1-20分钟，之后再以100-500转每分钟的搅拌速率低速搅拌5-30小时；

所述铂盐为四氯化铂、氯铂酸钾、氯铂酸或乙酰丙酮铂中的一种或几种任意比例混合。

3.一种权利要求1所述方法制备获得氧还原电催化剂，其特征在于：按权利要求1所述方法制备具有铂合金颗粒分散均匀、碳基底富含杂原子掺杂且性能、稳定性突出的氧还原电催化剂材料。

4.一种权利要求3所述氧还原电催化剂的应用，其特征在于：所述催化剂在质子交换膜燃料电池中氧还原电催化的应用。