专利名称：一种基于石墨烯的纳米电催化剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种催化剂的制备方法，特别涉及一种基于石墨烯的纳米电催化剂的制备方法。
背景技术：
目前常用的锂空气电池催化剂是碳负载的Pt基，尽管Pt/C催化剂对氧还原有良好的催化性能，但其氧气析出性能较低，导致电池效率降低。近年来，虽然非钼催化剂的研究取得了重大突破，如碳载Pd-Co合金催化剂，催化活性较其它非钼催化剂有明显的提高，但与Pt基催化剂相比仍然活性较低。因此，在Pt基催化剂研究方面，重点是提高Pt在载体上的分散性，在提高或保证活性的前提下，减少Pt的负载量。制备高分散的Pt/C催化剂极具挑战性，从目前的研究情况来看，在制备过程中，贵金属容易聚集，Pt的分散性不够高，对降低Pt的负载量不明显。因此，必须寻找新的制备方法和工艺条件，减少催化剂中Pt的颗粒尺寸，增加Pt在载体上的分散度和有效利用率，来减小催化剂中Pt的负载量。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于石墨烯的纳米电催化剂的制备方法，解决现有的碳载体在负载Pt基催化剂时、颗粒大小不易控制且易团聚等缺陷。一种基于石墨烯的纳米电催化剂的制备方法，其制备过程是:将模板剂加入氧化石墨烯的醇溶液中，超声振荡均匀，然后逐滴滴加氯钼酸和过渡金属盐混合溶液，搅拌均匀；然后置于微波炉中，采用加热2 60s间歇20 200s的方式加热，反应完成后，用稀盐酸去除模板剂，抽滤，真空烘干至恒重，得到基于石墨烯的纳米电催化剂。所述模板剂为纳米碳酸钙、纳米氧化锌。所述模板剂的粒径范围为100 800nm。所述过渡金属盐为含V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Ti, Zr, Mo, Sn, Se中的一种或两种及以上元素的盐，并可按任意比例混合的混合物。所述Pt元素和过渡金属元素的摩尔比为I '2 10。所述醇溶液中的醇为甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇和丙三醇。所述石墨烯在催化剂中的含量为85 99.5%。本发明提供一种简单快速的制备方法，应用微波调控技术和还原性能较温和的还原剂，将催化剂的活性成分快速均匀地还原到载体的表面。本发明制备步骤简单，需要的时间短，产品损失小，且提高其对氧的催化还原能力。本发明方法制备得到的催化剂颗粒小、不易团聚，分布均匀、孔径大小可调控，电化学催化活性高。本发明采用微波加热、还原剂和分散剂的选择将产品颗粒大小控制在I IOnm之间。本发明制备电催化剂可用于醇类燃料电池和锂空气电池催化。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的任意组合。
实施方式一
将0.3g粒径为800nm的纳米氧化锌加入50mL浓度为lmg/mL氧化石墨烯的乙醇溶液中，超声振荡成均一悬浮液，然后逐滴滴加ImL0.005M氯钼酸和ImL0.0lM乙酸钴混合溶液，搅拌30min至形成均匀分散液；然后置于微波炉中，加热采用加热5s间歇30s的方式加热lOmin，待反应完成后，冷却至室温，用IOmL0.1M的盐酸去除模板剂,抽滤,用无水乙醇和去离子水分别洗涤3次，真空烘干至恒重，得到基于石墨烯的纳米电催化剂。
实施方式二
将0.5g粒径为2 μ m的纳米氧化锌加入50mL浓度为lmg/mL氧化石墨烯的乙二醇溶液中，超声振荡成均一悬浮液，然后逐滴滴加ImL0.0lM氯钼酸和2mL0.02M氯化镍混合溶液，搅拌30min至形成均匀分散液；然后置于微波炉中，加热采用加热30s间歇80s的方式加热lOmin，待反应完成后，冷却至室温，用IOmL0.1M的盐酸去除模板剂,抽滤,用无水乙醇和去离子水分别洗涤3次，真空烘干至恒重，得到基于石墨烯的纳米电催化剂。
实施方式三
将0.1g粒径为200nm的纳米碳酸I丐加入50mL浓度为lmg/mL氧化石墨烯的丙三醇溶液中，超声振荡成均一悬浮液，然后逐滴滴加ImL0.004M氯钼酸和2mL0.0lM硝酸钴和2mL0.0lM混合溶液,搅拌30min至形成均勻分散液；然后置于微波炉中，加热采用加热IOs间歇60s的方式加热lOmin，待反应完成后，冷却至室温，用IOmL0.1M的硫酸去除模板剂，抽滤，用无水乙醇和去离子水分别洗涤3次，真空烘干至恒重，得到基于石墨烯的纳米电催化剂。
实施方式四
将0.1g粒径为I μ m的纳米碳酸钙加入50mL浓度为lmg/mL氧化石墨烯的乙二醇溶液中，超声振荡成均一悬浮液，然后逐滴滴加ImL0.0lM氯钼酸和2mL0.0lM氯化铁混合溶液，搅拌30min至形成均 匀分散液；然后置于微波炉中，加热采用加热50s间歇180s的方式加热lOmin，待反应完成后，冷却至室温，用IOmL0.1M的盐酸去除模板剂，抽滤，用无水乙醇和去离子水分别洗涤3次，真空烘干至恒重，得到基于石墨烯的纳米电催化剂。
权利要求
1.一种基于石墨烯的纳米电催化剂的制备方法，其特征在于，制备过程是:将模板剂加入氧化石墨烯的醇溶液中，超声振荡均匀，然后逐滴滴加氯钼酸和过渡金属盐混合溶液，搅拌均匀；然后置于微波炉中，采用加热2 60s间歇20 200s的方式加热，反应完成后，用稀盐酸去除模板剂，抽滤，真空烘干至恒重，得到基于石墨烯的纳米电催化剂。
2.根据权利要求1所述一种基于石墨烯的纳米电催化剂的制备方法，其特征在于，所述模板剂为纳米碳酸钙、纳米氧化锌。
3.根据权利要求1所述一种基于石墨烯的纳米电催化剂的制备方法，其特征在于，所述模板剂的粒径范围为10 800nm。
4.根据权利要求1所述一种基于石墨烯的纳米电催化剂的制备方法，其特征在于，所述过渡金属盐为含V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni, Ti, Zr，Mo，Sn，Se中的一种或两种及以上元素的盐，并可按任意比例混合的混合物。
5.根据权利要求1所述一种基于石墨烯的纳米电催化剂的制备方法，其特征在于，Pt元素和过渡金属元素的摩尔比为1:2 10。
6.根据权利要求1所述一种基于石墨烯的纳米电催化剂的制备方法，其特征在于，所述醇溶液中的醇为甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇和丙三醇。
7.根据权利要求1所述一种基于石墨烯的纳米电催化剂的制备方法，其特征在于，所述石墨烯在催化剂中的 含量为85 99.5%。
全文摘要
一种基于石墨烯的纳米电催化剂的制备方法，将模板剂加入氧化石墨烯的醇溶液中，然后超声、搅拌振荡均匀，再滴加氯铂酸和过渡金属盐混合溶液，搅拌均匀后置于微波炉中间歇加热反应，冷却后，用稀盐酸去除模板剂，抽滤，真空烘干，得到基于石墨烯为载体的纳米电催化剂。本发明催化剂颗粒小，不易团聚，分布均匀，并且制备步骤简单，制备流程短，本发明的可用于催化剂醇类燃料电池和锂空气电池。
文档编号H01M4/90GK103212421SQ20131006527
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月1日 优先权日2013年3月1日
发明者银凤翔, 王亮, 陈标华 申请人:北京化工大学常州先进材料研究院