一种氮掺杂碳担载多孔Pt3Co纳米催化剂及其制备方法和应用
- 国知局
- 2024-07-27 11:57:08
本发明涉及多孔合金催化剂的制备,具体涉及一种氮掺杂碳担载多孔pt3co纳米催化剂及其制备方法和应用。
背景技术:
1、纳米多孔金属结构是由处于纳米尺度的金属骨架和孔隙组成,具有金属材料的本征特性。纳米多孔金属较成熟的制备方法主要有模板法和去合金化法。模板法需要预先制备和最终去除模板,程序复杂、成本高,且多孔结构受模板母体的限制,不适合大规模地应用。去合金化法是将合金中较活泼的一种或多种金属组分通过化学法选择性地去除,从而形成一种具有三维双连续的多孔网络状结构,该法制备过程简单、成本低,易于实现工业化生产。相比于致密的块体材料和实心的纳米颗粒,纳米多孔金属具有比表面积大、孔隙率高和渗透性强等特点,促进了催化剂与电解质溶液的充分接触,而且在去合金化的过程中,催化剂的表面形成了丰富的台阶、纽结和边角位,提供了大量高于平台原子活性的低配位数原子,在电催化领域具有广阔的应用前景。具有多孔结构的pt3co合金催化剂至今没有报道。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种氮掺杂碳担载多孔pt3co纳米催化剂及其制备方法和应用。
2、本发明采用以下技术方案:
3、第一方面,本发明提供一种氮掺杂碳担载多孔pt3co纳米催化剂,其由zif-67材料通过高温热解、置换反应、热处理和酸处理工艺制备而成。
4、第二方面,本发明提供一种第一方面所述的氮掺杂碳担载多孔pt3co纳米催化剂的制备方法,其包括以下步骤:
5、s1、高温热解:将zif-67材料在惰性气氛保护下高温热解,得到材料a;
6、s2、置换反应:将所述材料a浸渍在氯铂酸钾水溶液中,反应预定时间后固液分离,洗涤干燥,得到材料b;
7、s3、热处理:将所述材料b在惰性气氛保护下高温热处理,得到材料c;
8、s4、酸处理:将所述材料c在过量的酸性溶液中反应预定时间后固液分离,洗涤干燥,得到所述氮掺杂碳担载多孔pt3co纳米催化剂。
9、第三方面,本发明提供一种第一方面所述的氮掺杂碳担载多孔pt3co纳米催化剂的应用,所述氮掺杂碳担载多孔pt3co纳米催化剂应用于包括甲醇电氧化、电解水、氧气还原反应、超级电容器的电催化领域中。
10、本发明至少具有以下有益效果:
11、本发明将zif-67在惰性气氛中高温热解,热解产物为均匀负载co单质且掺杂氮元素的碳材料,将该热解产物浸渍在氯铂酸钾水溶液中,通过自发的置换反应实现pt、co两种元素初步地接触,进一步在高温惰性的气氛中热处理,来提高pt-co的合金化程度,再以酸性溶液刻蚀去除其中易溶解的金属组分,最终制备了氮掺杂碳担载多孔pt3co纳米催化剂,该催化剂中的多孔pt3co合金颗粒的分散性好、结构稳定,且多孔结构赋予其更多的活性中心,在电催化领域具有广阔的应用前景。
技术特征:1.一种氮掺杂碳担载多孔pt3co纳米催化剂,其特征在于,由zif-67材料通过高温热解、置换反应、热处理和酸处理工艺制备而成。
2.一种权利要求1所述的氮掺杂碳担载多孔pt3co纳米催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
3.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤s1中的所述惰性气氛为氮气、氩气中的至少一种;步骤s1中的热解温度在600℃以上;步骤s1中的高温热解时间为2h以上。
4.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤s2中的氯铂酸钾与材料a的浸渍量的质量比为0.1-0.8;步骤s2中的反应时间为12h以上。
5.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤s3中的所述惰性气氛为氮气、氩气中的至少一种;步骤s3中的所述热处理的温度400℃以上;步骤s3中的热处理时间为2h以上。
6.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤s4中的所述酸性溶液为磷酸、盐酸、硝酸、硫酸、高氯酸、氢氟酸、醋酸中的至少一种;步骤s4中的反应时间为12h以上。
7.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法还包括如下制备zif-67材料的步骤:
8.如权利要求7所述的制备方法,其特征在于,步骤s0中所述的co2+金属盐为氯化钴、草酸钴、碳酸钴、硫酸钴、硝酸钴、醋酸钴中的至少一种。
9.一种权利要求1所述的氮掺杂碳担载多孔pt3co纳米催化剂的应用,其特征在于,所述氮掺杂碳担载多孔pt3co纳米催化剂应用于包括甲醇电氧化、电解水、氧气还原反应、超级电容器的电催化领域中。
技术总结本发明涉及一种氮掺杂碳担载多孔Pt<subgt;3</subgt;Co纳米催化剂及其制备方法和应用,所述氮掺杂碳担载多孔Pt<subgt;3</subgt;Co纳米催化剂的制备方法,包括以下步骤:S1、高温热解:将ZIF‑67材料在惰性气氛保护下高温热解,得到材料A;S2、置换反应:将所述材料A浸渍在氯铂酸钾水溶液中,反应预定时间后固液分离,洗涤干燥,得到材料B;S3、热处理:将所述材料B在惰性气氛保护下高温热处理,得到材料C;S4、酸处理:将所述材料C在过量的酸性溶液中反应预定时间后固液分离,洗涤干燥,得到所述氮掺杂碳担载多孔Pt<subgt;3</subgt;Co纳米催化剂。本发明制备的催化剂中多孔Pt<subgt;3</subgt;Co合金颗粒的分散性好、结构稳定,且多孔结构赋予其更多的活性中心,在电催化领域具有广阔的应用前景。技术研发人员:黎维彬,司月雷受保护的技术使用者:清华大学深圳国际研究生院技术研发日:技术公布日:2024/7/9本文地址:https://www.jishuxx.com/zhuanli/20240726/120335.html
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