ZIF‑67模板法制备钴铂核壳颗粒/多孔碳复合材料以及在燃料电池阴极中的催化应用

摘要

本发明公开了一种以ZIF‑67为模板用于制备由氮掺杂多孔碳固定的Co@Pt纳米颗粒复合材料作为高效电催化剂用于燃料电池阴极的氧还原催化反应的应用。该发明的优势：(1) 该催化剂合成方法简单易行、形貌可控、可实现大批量的制备，且催化性能非常稳定；(2) 由氮掺杂多孔碳固定的钴铂核壳纳米颗粒在燃料电池阴极的氧还原电催化反应展示了良好的催化活性以及出色的抗甲醇毒化稳定性，而且相较于传统的商业Pt/C，具有更高的起始电位和半波峰电位（0.99 V 和0.87 V，Pt/C:0.98 V 和0.83 V）；(3) 制备该催化剂的金属有机框架（Metal Organic Frameworks,MOFs）具有有序的微孔结构以及较大的比表面积，被广泛应用于能源储存与转化中。因此，该发明为燃料电池提供了一种简单直接的制备廉价高效的阴极氧还原电催化剂的方法，具有广阔的应用前景。

主权项

ZIF‑67模板法制备钴铂核壳颗粒/多孔碳复合材料以及在燃料电池阴极中的催化应用，其特征在于：包括如下步骤：（1）按照Co²⁺ ：Hmim ：H₂O = 1： 58 ：1100的比例，在室温下，先将硝酸钴溶于水制成A溶液，再将2‑甲基咪唑溶于水制成B溶液；将A和B两种溶液混合并在800 rpm下搅拌6 h，然后再离心、水洗三次、甲醇清洗三次从而得到紫色沉淀；将所得紫色沉淀放置于60 ^oC真空干燥箱中干燥24 h，获得ZIF‑67 纳米晶体；（2）将上述所得ZIF‑67纳米晶体放在用氩气保护的管式炉中，以1 ^oC/min的速率加热至600 ^oC并保温2 h，即可得到由氮掺杂多孔碳固定的钴纳米颗粒复合材料（Co‑NC）；（3）将上述所得的Co‑NC取50 mg超声分散于8 mL的去离子水中，并用Ar气氛保护防止Co颗粒被氧化；将一定量的氯亚铂酸钾（K₂PtCl₄）水溶液滴入上述溶液中，通过Galvanic置换得到Co@Pt的核壳纳米颗粒，并将其用于氧还原催化反应中，得到优于商业Pt/C的氧还原电催化性能。