[发明专利]一种用于燃料电池的石墨烯复合催化剂及其制备方法

摘要

本发明提供了一种用于燃料电池的石墨烯复合催化剂及其制备方法，将石墨和金属盐作为原料，通过在淀粉溶液中均匀分散，而后糊化淀粉溶液，形成凝胶进行剪切剥离，获得均匀分散的石墨烯复合材料，再通过加热，还原金属盐，分解淀粉，得到表面被碳层包裹的金属纳米颗粒，且金属纳米颗粒在石墨烯载体上分散均匀，催化剂质子流的电阻率性能优越。该方案克服了现有技术中直接将石墨烯作为原料，成本昂贵，克服了石墨烯的团聚问题，从而实现了连续稳定制备石墨烯复合材料，同时解决了纳米粒子的分布不均匀的问题和铁、钴、镍金属催化剂稳定性差的问题，进一步推动了大规模石墨烯燃料电池催化剂的生产，具有显著的市场应用价值。

主权项

1.一种用于燃料电池的石墨烯复合催化剂，其特征在于，所述复合材料由下列重量份的原料制备而成：石墨原料10‑40份金属盐10‑50份糊化剂5‑10份分散剂1‑2份其中，所述的石墨原料为鳞片石墨、膨胀石墨、热裂解石墨、氧化石墨中的至少一种；所述的金属盐为硝酸铁、氯化铁、硫酸铁、硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、硝酸镍、氯化镍和硫酸镍中的至少一种；所述的分散剂为油酸酰胺、芥酸酰胺、聚己二酸乙二醇酯、邻苯二甲酸酯、柠檬酸酯、乙酰柠檬酸酯、单甘酯和季戊四醇酯的一种或几种的混合物；所述的糊化剂为红薯淀粉、木薯淀粉、玉米淀粉、绿豆淀粉、菱角淀粉、麦类淀粉、藕淀粉、马铃薯淀粉的一种或几种混合物；所述用于燃料电池的石墨烯复合催化剂，采用石墨粉为原料，与金属盐和糊化剂溶液共混形成胶体，再进行剪切剥离、分散获得石墨烯复合催化剂，具体方法如下：（1）将10‑40重量份的石墨粉、10‑50重量份的金属盐和1‑2重量份的分散剂在高速混合机中以600‑1200rpm的转速混和分散10‑25min，得到预混物；（2）将5‑10重量份的糊化剂加入溶剂中，得到糊化剂溶液，将步骤（1）得到的预混物和糊化剂溶液混合，搅拌处理，倾倒于方形或圆柱形的模具中，静置至无泡，得到混合悬浊溶液；所述的溶剂为去离子水，所述糊化剂溶液的浓度为0.01‑1.5mol/L；（3）将步骤（2）的混合悬浊溶液边搅拌边加热温度至53‑60℃时，糊化剂的物理性能发生明显变化，糊化剂在高温下溶胀、分裂形成均匀糊状溶液，然后于室温下冷却，形成凝胶；（4）将步骤（3）制备的凝胶加入挤出机，物料在挤出机中依次经过剪切剥离段、搅拌均质段和加热分解段，在通入保护气体的条件下，物料经过挤出机剪切剥离段，石墨被高剪切力作用剥离成石墨烯，石墨烯混合物料沿螺杆旋转方向均匀分散，形成均匀的随机分布；而后经过搅拌均质段，石墨烯复合凝胶在搅拌棒的高速搅拌下，分散得更加均匀；最后经过加热分解段，该段温度为700‑900℃，且该段具有排气装置，使所述金属盐在高温下被糊化剂还原，糊化剂被碳化，得到表面被碳层包裹的金属纳米颗粒和气体，气体被排出，冷却后得到石墨烯复合催化剂。