专利名称：一种铂-钴/石墨烯纳米电催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种电化学催化剂及其制备方法，特别涉及一种钼-钴/石墨烯纳米电催化剂及其制备方法。
背景技术：
碳负载的钼纳米粒子催化剂以其优异的催化性能，在燃料电池催化方面得到了广泛的应用。但钼/碳催化剂因其易吸附CO中毒而使其催化活性大大降低。研究表明在钼/碳催化剂中添加Co助催化剂可明显改善其选择氧化CO的催化活性，降低了反应温度，同时也降低了贵金属钼的含量。最近，多元醇方法被证明是制备金属纳米粒子的一种有效方法，在这种方法中，多元醇作为金属盐的溶剂和还原剂，在高温下多元醇将溶液中的金属离子还原成金属纳米粒 子。其中，用聚合物作为保护剂的多元醇方法可以制备得到粒径在I 2nm的金属纳米粒子，聚合物保护剂必须在高温下除去，高温下会使金属纳米粒子再次团聚，影响催化剂的电催化性能。最近微波加热技术在有机化学合成和纳米材料的合成中得到广泛应用，它可以使反应速度提高10 100倍左右，微波加热不仅可以避免金属纳米粒子再次团聚，而且具有快速，均匀，节能和高效率的优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种钼-钴/石墨烯纳米电催化剂及其制备方法。本发明的一种钼-钴/石墨烯纳米电催化剂是以石墨烯为载体，钼为活性组分，钴为助催化剂。催化剂中钼的质量分数为10 40%，钴的质量分数为5 30%，余量为载体。本发明的一种钼-钴/石墨烯纳米电催化剂通过以下步骤来制备I)将氧化石墨纳米片超声分散在多元醇中，然后加入氯钼酸溶液、氯化钴溶液和醋酸钠溶液，充分混合均匀，混合物中氧化石墨纳米片含量为O. 48 I. 3g/L，氯钼酸的浓度为O. 0005 O. 008mol/L，氯化钴溶液的浓度为O. 0001 O. 01mol/L，醋酸钠的浓度为O.007 O. 05mol/L ；2)将上述混合物转移到微波水热反应釜中，微波加热反应5 10分钟后，经过滤、洗涤、干燥，得到钼-钴/石墨烯纳米电催化剂。上述的多元醇为丙三醇或乙二醇。与现有技术比较，采用本发明方法制备的钼-钴/石墨烯纳米电催化剂中钼纳米粒子具有细小和均匀的粒径，其平均粒径在3. Onm左右，并且钼纳米粒子高度分散在石墨烯纳米片上，具有良好的电催化性能和抗CO中毒性能。
具体实施例方式实施例I用超声波处理将200mg氧化石墨纳米片分散在300mL的丙三醇中，然后加入40mLO. 05M的氯钼酸溶液、20mL O. IM的氯化钴溶液和30mL O. 05M的醋酸钠溶液，并充分搅拌混合均匀。将该均匀的混合物转移到微波水热反应釜中，微波辐射加热反应lOmin。冷却后，过滤、用丙酮和去离子水充分洗涤、90°C烘干，得到钼-钴/石墨烯纳米电催化剂。作为比较，按上述同样的方法合成Pt/石墨烯纳米电催化剂(钼的质量分数为40%)。对甲醇氧化电催化性能测试和比较将少量电催化剂(Pt-Co/石墨烯和Pt/石墨烯)与适量的5%的Nafion溶液和去离子水在超声波作用下混合均匀，将该均匀的混合物涂在玻碳电极上，在80°C下烘干后作为测量用的工作电极。测量时参比电极为饱和甘汞电极(SCE)，电解液为2M CH3OH+IM H2SO4，钼片为对电极。用循环伏安法评价纳米电催化剂对甲醇电化学氧化的电催化活性，扫描速度为20mV/s。测得在上述制备的Pt-Co/石墨烯和Pt/石墨烯纳米电催化剂上，甲醇电氧化的峰电流分别为20. 6mA和15. 2mA,结果表明添加助催化剂Co元素的Pt-Co/石墨烯电催化剂比Pt/石墨烯纳米电催化剂具有更高的对甲醇氧化的电催化活性。实施例2用超声波处理将300mg氧化石墨纳米片分散在500mL的丙三醇中，然后加入30mLO. 05M的氯钼酸溶液、15mL O. IM的氯化钴溶液和20mL0. 5M的醋酸钠溶液，并充分搅拌混合均匀。将该均匀的混合物转移到微波水热反应釜中，微波辐射加热反应8min。冷却后，经过滤、用丙酮和去离子水充分洗涤、90°C烘干，得到钼-钴/石墨烯纳米电催化剂。作为比较，按上述同样的方法合成Pt/石墨烯纳米电催化剂(钼的质量分数为30%)。按实施例I的方法测试比较Pt-Co/石墨烯和Pt/石墨烯纳米电催化剂对甲醇电氧化的催化性能。相同条件下测得在上述制备的Pt-C0/石墨烯和Pt/石墨烯纳米电催化剂上甲醇电氧化的峰电流分别为15. 3mA和10. 9mA，说明添加助催化剂Co元素的Pt-Co/石墨烯电催化剂比Pt/石墨烯纳米电催化剂具有更高的对甲醇氧化的电催化活性。实施例3用超声波处理将400mg氧化石墨纳米片分散在700mL的丙三醇中，然后加入20mLO. 05M的氯钼酸溶液、IOmL O. IM的氯化钴溶液和IOmLO. 5M的醋酸钠溶液，并充分搅拌混合均匀。将该均匀的混合物转移到微波水热反应釜中，微波辐射加热反应5min。冷却后，经过滤、用丙酮和去离子水充分洗涤、90°C烘干，得到钼-钴/石墨烯纳米电催化剂。作为比较，按上述同样的方法合成Pt/石墨烯纳米电催化剂(钼的质量分数为18%)。按实施例I的方法测试比较Pt-Co/石墨烯和Pt/石墨烯纳米电催化剂对甲醇电氧化的催化性能。相同条件下测得在上述制备的Pt-Co/石墨烯和Pt/石墨烯纳米电催化剂上甲醇电氧化的峰电流分别为12. 3mA和8. 9mA，说明添加助催化剂Co元素的Pt-Co/石墨烯电催化剂比Pt/石墨烯纳米电催化剂具有更高的对甲醇氧化的电催化活性。
权利要求
1.ー种钼-钴/石墨烯纳米电催化剂，包括活性组分钼和载体石墨烯，其特征在于该催化剂以钴为助催化剂，催化剂中钼的质量分数为10 40%，钴的质量分数为5 30%，余量为载体。
2.制备权利要求I所述的钼-钴/石墨烯纳米电催化剂的方法，其特征在于制备步骤如下 1)将氧化石墨纳米片超声分散在多元醇中，然后加入氯钼酸溶液、氯化钴溶液和醋酸钠溶液，充分混合均匀，混合物中氧化石墨纳米片含量为O. 48 I. 3g/L，氯钼酸的浓度为O.0005 O. 08mol/L,氯化钴溶液的浓度为O. 0001 O. 08mol/L,醋酸钠的浓度为O. 007 O.05mol/L ； 2)将上述混合物转移到微波水热反应釜中，微波加热反应5 10分钟后，经过滤、洗涤、干燥，得到钼-钴/石墨烯纳米电催化剂。
3.根据权利要求2所述的钼-钴/石墨烯纳米电催化剂的制备方法，其特征在于所述的多元醇为丙三醇或こニ醇。
全文摘要
本发明公开一种铂-钴/石墨烯纳米电催化剂，包括活性组分铂，载体石墨烯以及助催化剂钴。催化剂中铂的质量分数为10～40%，钴的质量分数为5～30%，余量为载体。催化剂的制备方法是先将氧化石墨纳米片超声分散在多元醇中，然后加入氯铂酸溶液、氯化钴溶液和醋酸钠溶液，充分混合均匀后转移到微波水热反应釜中，反应后，经过滤、洗涤、干燥，得到铂-钴/石墨烯纳米电催化剂。本发明制备方法具有节能、快速和工艺简单等优点。所制备的催化剂具有良好的电催化性能，在燃料电池中具有广泛的应用。
文档编号H01M4/92GK102983339SQ20121051411
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者银凤翔, 陈标华, 李国儒, 王亮 申请人:北京化工大学常州先进材料研究院