柔性导电贵金属-PAN复合纤维催化剂的制备方法

本发明属于催化材料制备，具体涉及柔性导电贵金属-pan复合纤维催化剂的制备方法。

背景技术：

1、与传统能源相比，甲醇燃料电池在工作时不存在多余的能量转换过程，而是直接将化学能转换为电能，因此其能量转换效率非常高，在军事、航空航天、交通运输、便携式特种设备等应用领域展现出广阔的前景。阻碍其商业化进展的原因是阳极催化剂催化活性较低，故制备高效催化剂是发展燃料电池技术的关键。

2、目前对于贵金属-pan复合纤维的制备较为常见的方法是热处理法，即将贵金属与pan溶液混合后进行高温热处理，使得贵金属颗粒在纤维中形成。虽然热处理可提高纤维的导电性，但在热处理过程中，纤维的结构发生变化，其力学性能下降的同时还会导致部分贵金属从纤维表面脱落从而造成贵金属的损失；热处理法的高温条件需要持续加热，耗能较大导致成本升高；其次，热处理方法限制了其它助催化剂的添加，对于过渡族金属助催化剂而言，热处理使其氧化，为此增加的还原步骤可能会导致还原不完全及杂质的引入。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供柔性导电贵金属-pan复合纤维催化剂的制备方法，解决了现有柔性贵金属催化剂活性低、稳定性差的问题。

2、本发明所采用的技术方案是，柔性导电贵金属-pan复合纤维催化剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：

3、步骤1，将贵金属有机盐、过渡族金属有机盐、聚丙烯腈、表面活性剂溶于二甲基酰胺中，并在水浴加热条件下搅拌，得到纺丝液；

4、步骤2，将步骤1的纺丝液进行静电纺丝，并收集在铝箔纸板上，得到pan复合纤维膜；

5、步骤3，将步骤2制得的pan复合纤维膜裁剪成滤纸一样的大小，放入抽滤漏斗中，使用还原剂溶液反复过滤数次，再将pan复合纤维膜用去离子水洗涤数次，真空干燥，得到柔性导电贵金属-pan复合纤维催化剂。

6、本发明的特点还在于，

7、步骤1中，贵金属有机盐为乙酰丙酮钯、乙酰丙酮铂、乙酰丙酮银、乙酰丙酮钌、乙酰丙酮铑中的一种或多种；过渡族金属有机盐为乙酰丙酮铁、四水合乙酸镍、四水合乙酸铜、四水合乙酸铬、乙酸锡中的一种或多种；表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵中的任意一种。

8、步骤1中，水浴加热温度为60-80℃，搅拌时间5-6h。

9、步骤2中，静电纺丝时，喷头与收集板的距离15-30cm，纺丝电压15-20kv，纺丝温度20-30℃，相对湿度30％-50％。

10、步骤3中，还原剂溶液为硼氢化物溶液、多元醇溶液、抗坏血酸溶液、葡萄糖溶液中的任意一种。

11、还原剂溶液的浓度为0.1mol/l～2mol/l。

12、本发明的有益效果是：

13、通过静电纺丝制备的pan复合纤维直径尺寸较小，具有高的比表面积，为贵金属颗粒的生长提供了更大的活性表面。同时，电纺制备的pan复合纤维具有较好的柔性和较强的拉伸强度，这为燃料电池设备微型化提供了更多的选择；表面活性剂的引入，不仅赋予复合纤维更好的调控性，还实现了贵金属及多元过渡族金属颗粒的可控制备，显著改善贵金属在pan复合纤维中的分布状态，暴露更多的活性位点从而提升催化活性；过渡族金属的引入与贵金属结合成为多元金属结构，在复合纤维中形成导电网络的同时，改变贵金属的电子密度，增强催化剂与反应物之间的电子转移。通过调控贵金属与过渡族金属的比例，可有效降低贵金属的使用量，既降低了成本，又提高了催化性能；不仅如此，pan复合纤维制备过程中纺丝液形成纳米尺度的微孔和介孔可提升催化过程中反应物的可及性和产物的去除性；利用上述方式制备的催化剂具有制备简单、可重复性强、稳定性强、催化活性高等特点。

技术特征：

1.柔性导电贵金属-pan复合纤维催化剂的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

2.根据权利要求1中所述的柔性导电贵金属-pan复合纤维催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，贵金属有机盐为乙酰丙酮钯、乙酰丙酮铂、乙酰丙酮银、乙酰丙酮钌、乙酰丙酮铑中的一种或多种；过渡族金属有机盐为乙酰丙酮铁、四水合乙酸镍、四水合乙酸铜、四水合乙酸铬、乙酸锡中的一种或多种；表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵中的任意一种。

3.根据权利要求1中所述的柔性导电贵金属-pan复合纤维催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，水浴加热温度为60-80℃，搅拌时间5-6h。

4.根据权利要求1中所述的柔性导电贵金属-pan复合纤维催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，静电纺丝时，喷头与收集板的距离15-30cm，纺丝电压15-20kv，纺丝温度20-30℃，相对湿度30％-50％。

5.根据权利要求1中所述的柔性导电贵金属-pan复合纤维催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，还原剂溶液为硼氢化物溶液、多元醇溶液、抗坏血酸溶液、葡萄糖溶液中的任意一种。

6.根据权利要求5中所述的柔性导电贵金属-pan复合纤维催化剂的制备方法，其特征在于，所述还原剂溶液的浓度为0.1mol/l～2mol/l。

技术总结
本发明公开了柔性导电贵金属‑PAN复合纤维催化剂的制备方法，具体为：将贵金属有机盐、过渡族金属有机盐、聚丙烯腈、表面活性剂溶于二甲基酰胺中，并在水浴加热条件下搅拌，得到纺丝液；将纺丝液进行静电纺丝，得到PAN复合纤维膜；将PAN复合纤维膜裁剪成滤纸一样的大小，放入抽滤漏斗中，使用还原剂溶液反复过滤数次，再用去离子水洗涤数次，真空干燥，即可。本发明通过静电纺丝‑原位还原技术制备柔性导电贵金属‑PAN复合纤维催化剂，纤维直径可精准调控，纤维内含活性贵金属粒子，兼具导电和助催化作用的过渡族金属粒子，嵌入式生长在PAN纤维中，这种结构设计在显著降低成本的基础上提高了催化剂的电催化性能。

技术研发人员：尹雷,宋衍滟,陈晓东,杨鹏飞,刘毅,苏晓磊
受保护的技术使用者：西安工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21