專利名稱：一種鉑-鈷/石墨烯納米電催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電化學催化劑及其制備方法，特別涉及一種鉬-鈷/石墨烯納米電催化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
碳負載的鉬納米粒子催化劑以其優(yōu)異的催化性能，在燃料電池催化方面得到了廣泛的應用。但鉬/碳催化劑因其易吸附CO中毒而使其催化活性大大降低。研究表明在鉬/碳催化劑中添加Co助催化劑可明顯改善其選擇氧化CO的催化活性，降低了反應溫度，同時也降低了貴金屬鉬的含量。最近，多元醇方法被證明是制備金屬納米粒子的一種有效方法，在這種方法中，多元醇作為金屬鹽的溶劑和還原劑，在高溫下多元醇將溶液中的金屬離子還原成金屬納米粒 子。其中，用聚合物作為保護劑的多元醇方法可以制備得到粒徑在I 2nm的金屬納米粒子，聚合物保護劑必須在高溫下除去，高溫下會使金屬納米粒子再次團聚，影響催化劑的電催化性能。最近微波加熱技術(shù)在有機化學合成和納米材料的合成中得到廣泛應用，它可以使反應速度提高10 100倍左右，微波加熱不僅可以避免金屬納米粒子再次團聚，而且具有快速，均勻，節(jié)能和高效率的優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鉬-鈷/石墨烯納米電催化劑及其制備方法。本發(fā)明的一種鉬-鈷/石墨烯納米電催化劑是以石墨烯為載體，鉬為活性組分，鈷為助催化劑。催化劑中鉬的質(zhì)量分數(shù)為10 40%，鈷的質(zhì)量分數(shù)為5 30%，余量為載體。本發(fā)明的一種鉬-鈷/石墨烯納米電催化劑通過以下步驟來制備I)將氧化石墨納米片超聲分散在多元醇中，然后加入氯鉬酸溶液、氯化鈷溶液和醋酸鈉溶液，充分混合均勻，混合物中氧化石墨納米片含量為O. 48 I. 3g/L，氯鉬酸的濃度為O. 0005 O. 008mol/L，氯化鈷溶液的濃度為O. 0001 O. 01mol/L，醋酸鈉的濃度為O.007 O. 05mol/L ；2)將上述混合物轉(zhuǎn)移到微波水熱反應釜中，微波加熱反應5 10分鐘后，經(jīng)過濾、洗滌、干燥，得到鉬-鈷/石墨烯納米電催化劑。上述的多元醇為丙三醇或乙二醇。與現(xiàn)有技術(shù)比較，采用本發(fā)明方法制備的鉬-鈷/石墨烯納米電催化劑中鉬納米粒子具有細小和均勻的粒徑，其平均粒徑在3. Onm左右，并且鉬納米粒子高度分散在石墨烯納米片上，具有良好的電催化性能和抗CO中毒性能。
具體實施例方式實施例I用超聲波處理將200mg氧化石墨納米片分散在300mL的丙三醇中，然后加入40mLO. 05M的氯鉬酸溶液、20mL O. IM的氯化鈷溶液和30mL O. 05M的醋酸鈉溶液，并充分攪拌混合均勻。將該均勻的混合物轉(zhuǎn)移到微波水熱反應釜中，微波輻射加熱反應lOmin。冷卻后，過濾、用丙酮和去離子水充分洗滌、90°C烘干，得到鉬-鈷/石墨烯納米電催化劑。作為比較，按上述同樣的方法合成Pt/石墨烯納米電催化劑(鉬的質(zhì)量分數(shù)為40%)。對甲醇氧化電催化性能測試和比較將少量電催化劑(Pt-Co/石墨烯和Pt/石墨烯)與適量的5%的Nafion溶液和去離子水在超聲波作用下混合均勻，將該均勻的混合物涂在玻碳電極上，在80°C下烘干后作為測量用的工作電極。測量時參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，電解液為2M CH3OH+IM H2SO4，鉬片為對電極。用循環(huán)伏安法評價納米電催化劑對甲醇電化學氧化的電催化活性，掃描速度為20mV/s。測得在上述制備的Pt-Co/石墨烯和Pt/石墨烯納米電催化劑上，甲醇電氧化的峰電流分別為20. 6mA和15. 2mA,結(jié)果表明添加助催化劑Co元素的Pt-Co/石墨烯電催化劑比Pt/石墨烯納米電催化劑具有更高的對甲醇氧化的電催化活性。實施例2用超聲波處理將300mg氧化石墨納米片分散在500mL的丙三醇中，然后加入30mLO. 05M的氯鉬酸溶液、15mL O. IM的氯化鈷溶液和20mL0. 5M的醋酸鈉溶液，并充分攪拌混合均勻。將該均勻的混合物轉(zhuǎn)移到微波水熱反應釜中，微波輻射加熱反應8min。冷卻后，經(jīng)過濾、用丙酮和去離子水充分洗滌、90°C烘干，得到鉬-鈷/石墨烯納米電催化劑。作為比較，按上述同樣的方法合成Pt/石墨烯納米電催化劑(鉬的質(zhì)量分數(shù)為30%)。按實施例I的方法測試比較Pt-Co/石墨烯和Pt/石墨烯納米電催化劑對甲醇電氧化的催化性能。相同條件下測得在上述制備的Pt-C0/石墨烯和Pt/石墨烯納米電催化劑上甲醇電氧化的峰電流分別為15. 3mA和10. 9mA，說明添加助催化劑Co元素的Pt-Co/石墨烯電催化劑比Pt/石墨烯納米電催化劑具有更高的對甲醇氧化的電催化活性。實施例3用超聲波處理將400mg氧化石墨納米片分散在700mL的丙三醇中，然后加入20mLO. 05M的氯鉬酸溶液、IOmL O. IM的氯化鈷溶液和IOmLO. 5M的醋酸鈉溶液，并充分攪拌混合均勻。將該均勻的混合物轉(zhuǎn)移到微波水熱反應釜中，微波輻射加熱反應5min。冷卻后，經(jīng)過濾、用丙酮和去離子水充分洗滌、90°C烘干，得到鉬-鈷/石墨烯納米電催化劑。作為比較，按上述同樣的方法合成Pt/石墨烯納米電催化劑(鉬的質(zhì)量分數(shù)為18%)。按實施例I的方法測試比較Pt-Co/石墨烯和Pt/石墨烯納米電催化劑對甲醇電氧化的催化性能。相同條件下測得在上述制備的Pt-Co/石墨烯和Pt/石墨烯納米電催化劑上甲醇電氧化的峰電流分別為12. 3mA和8. 9mA，說明添加助催化劑Co元素的Pt-Co/石墨烯電催化劑比Pt/石墨烯納米電催化劑具有更高的對甲醇氧化的電催化活性。
權(quán)利要求
1.ー種鉬-鈷/石墨烯納米電催化劑，包括活性組分鉬和載體石墨烯，其特征在于該催化劑以鈷為助催化劑，催化劑中鉬的質(zhì)量分數(shù)為10 40%，鈷的質(zhì)量分數(shù)為5 30%，余量為載體。
2.制備權(quán)利要求I所述的鉬-鈷/石墨烯納米電催化劑的方法，其特征在于制備步驟如下 1)將氧化石墨納米片超聲分散在多元醇中，然后加入氯鉬酸溶液、氯化鈷溶液和醋酸鈉溶液，充分混合均勻，混合物中氧化石墨納米片含量為O. 48 I. 3g/L，氯鉬酸的濃度為O.0005 O. 08mol/L,氯化鈷溶液的濃度為O. 0001 O. 08mol/L,醋酸鈉的濃度為O. 007 O.05mol/L ； 2)將上述混合物轉(zhuǎn)移到微波水熱反應釜中，微波加熱反應5 10分鐘后，經(jīng)過濾、洗滌、干燥，得到鉬-鈷/石墨烯納米電催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉬-鈷/石墨烯納米電催化劑的制備方法，其特征在于所述的多元醇為丙三醇或こニ醇。
全文摘要
本發(fā)明公開一種鉑-鈷/石墨烯納米電催化劑，包括活性組分鉑，載體石墨烯以及助催化劑鈷。催化劑中鉑的質(zhì)量分數(shù)為10～40%，鈷的質(zhì)量分數(shù)為5～30%，余量為載體。催化劑的制備方法是先將氧化石墨納米片超聲分散在多元醇中，然后加入氯鉑酸溶液、氯化鈷溶液和醋酸鈉溶液，充分混合均勻后轉(zhuǎn)移到微波水熱反應釜中，反應后，經(jīng)過濾、洗滌、干燥，得到鉑-鈷/石墨烯納米電催化劑。本發(fā)明制備方法具有節(jié)能、快速和工藝簡單等優(yōu)點。所制備的催化劑具有良好的電催化性能，在燃料電池中具有廣泛的應用。
文檔編號H01M4/92GK102983339SQ20121051411
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月5日
發(fā)明者銀鳳翔, 陳標華, 李國儒, 王亮 申請人:北京化工大學常州先進材料研究院