[发明专利]一种用于燃料电池抗CO中毒的Pt@WN/rGO催化剂

说明书

本发明公开了一种用于燃料电池抗CO中毒的Pt@WN/rGO催化剂，属于电催化剂技术领域。本发明先通过水热组装和氮化在氧化石墨烯衍生的石墨烯上形成粒径较小、分散良好的氮化钨纳米颗粒，再通过硼氢化钠还原法负载Pt粒子的催化剂。该催化剂为片状结构，WN与Pt之间的协同催化作用使得本发明的催化剂具有优异的HOR性能和稳定性，而且还有很高的CO耐受性，在存在1000ppm CO的情况下，可以在HOR期间显示出优异的抗CO中毒能力，同时作为膜电极在燃料电池中有很大的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池抗CO中毒的Pt@WN/rGO催化剂，属于电催化剂技术领域。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有较高的能源效率，被认为是有吸引力的下一代技术，有望取代汽车和重型运输中的传统内燃机。但是，在将其商业应用之前，仍需要克服一些技术挑战，包括开发用于氢氧化反应(HOR)的低成本高效催化剂。由于对清洁氢的需求不断增长，预计在未来20年内电解产生的氢的比例将从4％增至20％，但重整制氢仍将是氢市场的最大部分，重整产生的氢气成本是电解氢的成本的三分之一。

目前，Pt/C催化剂是低pH条件下HOR的最佳选择，然而，贵金属成本高昂、结构不稳定、抗CO中毒能力差等因素严重限制了其应用，如果可以大大提高质子交换膜燃料电池的CO耐受性，则通过使用重整管道气体或液体燃料(例如甲醇)产生的氢气，可以持续降低氢气的成本，包括运输，存储和生产成本，有助于燃料电池应用的商业化。因此，提供一种低铂量、高效、稳定、抗CO中毒性强的HOR催化剂来解决上述技术问题是十分必要的。

发明内容

本发明为了解决现有上述技术问题，提供一种用于燃料电池抗CO中毒的Pt@WN/rGO催化剂。

本发明的技术方案：

一种用于燃料电池抗CO中毒的Pt@WN/rGO催化剂，该催化剂是将氮化钨颗粒与氧化石墨烯衍生的石墨烯复合后作为催化剂载体，再通过硼氢化钠还原法在所述的载体上负载Pt金属颗粒而获得。

上述用于燃料电池抗CO中毒的Pt@WN/rGO催化剂的制备方法包括以下步骤：

步骤一，将氧化石墨烯和表面活性剂分别加入去离子水中，搅拌并超声至完全溶解；

步骤二，将步骤一获得的氧化石墨烯溶液和表面活性剂溶液混合，搅拌24h，离心洗涤，获得表面活性剂修饰的氧化石墨烯；

步骤三，将钨源聚合物溶解于去离子水中，搅拌并超声至完全溶解，加入步骤二获得的表面活性剂修饰的氧化石墨烯，搅拌24h，获得反应液，将反应液转移至水热反应釜中进行配位反应，反应完成后干燥处理，并在空气气氛下预氧化，然后在氨气气氛下热处理，得到氮化钨负载石墨烯前驱体，简称WN/rGO；

步骤四，将WN/rGO加入去离子水中，搅拌并超声分散至悬浮液，向悬浮液中滴加含铂溶液，加入氢氧化钠调节PH后，加入硼氢化钠溶液，搅拌2～3h，沉淀、过滤、洗涤得到负载在石墨烯上氮化钨纳米粒子上的铂电催化剂，简称Pt@WN/rGO。

进一步限定，步骤一中表面活性剂为聚乙烯亚胺。

进一步限定，步骤二中氧化石墨烯和表面活性剂的质量比为1:1。

进一步限定，步骤二中离心搅拌转速为4500r/min。

进一步限定，步骤三中钨源聚合物为硅钨酸，所述的反应液中硅钨酸、氧化石墨和表面活性剂的质量比也为1：1：1。

进一步限定，步骤三中水热反应温度为180℃，反应时间为10h。

进一步限定，干燥温度为60℃，干燥到松散程度即可。

进一步限定，预氧化温度为300℃，预氧化时间为5小时。