[发明专利]一种制备N-rGO负载PtCu合金纳米催化剂的方法

说明书

本发明公开了一种制备N‑rGO负载PtCu合金纳米催化剂的方法，包括：将GO、无氯含氮铂前驱体[Pt(NH₃)₄](OH)₂、Cu前驱体、保护剂以及柠檬酸钠按预定比例加入到水中，得到混合溶液；将混合溶液转移至高压反应釜中进行水热还原，过滤干燥后得到催化剂粉末。本发明采用不含氯、含氮且带正电性的[Pt(NH₃)₄](OH)₂作为Pt前驱体，可有效避免因Pt前驱体含氯而引起的催化剂中毒现象，并有利于获得负载均匀、小尺寸的纳米粒子。另外，Pt前驱体含有NH₃配体，无需再引入其它有机氮源，实验工艺简单，且有效避免了复杂的副反应。本发明制备的催化剂Pt的载量很低，但其催化活性和稳定性与商业Pt/C催化剂接近，显著降低了制备成本。

技术领域

本发明涉及燃料电池催化剂领域；具体涉及一种制备N-rGO(氮掺杂还原氧化石墨烯)负载PtCu合金纳米催化剂的方法，尤其是一种无氯含氮Pt前驱体合成N-rGO负载PtCu合金纳米催化剂的方法。

背景技术

燃料电池是把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的一种能量转换装置。由于燃料电池可将化学能直接转化为电能而不必经过热机过程，不受卡诺循环限制，因此具有能量转化效率高、无噪音和无污染等优点，正在成为理想的能源利用方式。目前，燃料电池存在的主要问题之一是阴极侧氧还原反应(ORR)动力学缓慢和催化剂的成本太高。

目前为止，碳载Pt基催化剂仍然是最有效的阴极ORR催化剂。然而，Pt基催化剂存在Pt资源稀缺、价格昂贵的不足。为解决该问题，研究者们开始进行低Pt催化剂的研究，主要研究了加入其它金属与Pt构成二元或多元金属体系，例如PtRu、PtCo、PtNi、PtCu、PtFe、PtSn等有第二种金属掺杂的Pt基合金纳米催化剂。

现有技术中，制备Pt基催化剂时通常使用氯铂酸、氯铂酸钾等含有氯的Pt前驱体，容易造成催化剂中残留氯的中毒现象；以及Pt纳米粒子容易团聚和脱落、奥尔斯瓦特熟化、CO中毒等问题，大大降低了Pt基催化剂的催化性能以及膜电极使用寿命。

进一步地，氮掺杂碳载体能够改变活性中心周围的电子结构，也成为近年来的研究热点。现有技术中，常利用二聚氰胺、三聚氰胺、尿素等作为氮源来掺杂改性。例如GO(氧化石墨烯)等碳材料，但在催化剂制备体系中添加这些氮源通常会同时引入其他杂质或副反应，进而影响催化还原过程和催化性能。

发明内容

本发明主要目的是提供一种制备N-rGO负载PtCu合金纳米催化剂的方法，其中利用无氯、含氮的Pt前驱体来制备N-rGO(氮掺杂还原氧化石墨烯)负载PtCu合金纳米催化剂，以解决或至少部分地解决现有燃料电池催化剂存在的易团聚、稳定性低、氯中毒等问题。

为了实现上述主要目的，本发明提供了一种制备N-rGO负载PtCu合金纳米催化剂的方法，包括如下步骤：

S1，将GO、无氯含氮铂前驱体[Pt(NH₃)₄](OH)₂、Cu前驱体、保护剂以及柠檬酸钠按预定比例加入到水中，得到混合溶液；

S2，将步骤S1得到的混合溶液转移至高压反应釜中进行水热还原，过滤干燥后得到催化剂粉末。

由上述技术方案可见，本发明采用的Pt前驱体是不含氯的前驱体，有效避免现有技术中因采用氯铂酸、氯铂酸钾等含氯前驱体而引起的催化剂氯中毒现象；进一步地，Pt前驱体中含有NH₃配体，巧妙引入了氮源，无需再引入其它含氮有机物作为氮源，实验工艺简单，且有效避免了复杂的副反应。