一种氮等离子体改性铂碳的制备方法

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术领域，具体的是一种氮等离子体改性铂碳的制备方法。

背景技术

随着社会经济的不断发展，人们对于能源的需求也越来越高。而DMFC(直接甲醇燃料电池)具有结构简单、能量密度高、燃料来源广泛、无污染等诸多优点，是替代传统化石能源，解决能源问题的关键所在。然而关于DMFC的应用更多还是停留在实验阶段，商业化应用较少。限制其应用的原因在于DMFC的催化剂多是Pt基催化剂。Pt价格昂贵，且易被MOR反应中产生的有毒中间体毒化。

尽管DMFC具有明显的优势，但由于持续的缓慢动力学、催化剂中毒和甲醇渗透问题，与其他燃料电池相比，该技术的发展相对较慢。因此，为了有效提高DMFC的性能，阳极甲醇氧化反应(MOR)被广泛研究。目前商用的铂碳催化剂活性较差,金属铂的利用效率低,在实际工作过程中容易与中间物种结合致使催化剂活性下降,与此同时碳载体材料不耐腐蚀会进一步降低其稳定性,这一系列原因决定了商用铂碳远远无法满足大规模商业化推广的条件。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种氮等离子体改性铂碳的制备方法，该方法不仅可以有效避免化学试剂的污染，还可以对材料表面进行官能团的接枝和改性。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种氮等离子体改性铂碳的制备方法，包括以下步骤：

S1、将铂碳平铺在石英舟中，让后将石英舟放置在石英长管中密封；

S2、通过真空泵对石英长管抽真空；

S3、向石英长管中冲入氮气，等气流稳定一段时间后打开射频电源；

S4、通过氮等离子体处理铂碳10-20min，得到改性铂碳。

进一步优选地，步骤S2中抽真空至压力降到1-3Pa。

进一步优选地，步骤S3中氮气稳定后流速为20sccm。

进一步优选地，步骤S3中射频电源放电功率100W、放电时间10-20min。

进一步优选地，铂碳为Pt负载量8-12％的商业铂碳。

本发明的有益效果：

本发明方法不仅可以有效避免化学试剂的污染，还可以对材料表面进行官能团的接枝和改性，该方法快速、高效、绿色、简单，在催化剂应用领域又很广阔的前景，电化学测试结果表明，相较于其他处理条件，在100W、15min时循环300圈具有最佳的循环稳定性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明实施例1中改性前的铂碳TEM图；

图2是本发明实施例1中制得的改性铂碳TEM图；

图3是本发明Pt/C、Ar-Pt/C、N

图4是本发明Pt/C、Ar-Pt/C、N2-Pt/C的循环圈数与电流密度的变化曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种氮等离子体改性铂碳的制备方法，包括以下步骤：

S1、将10mgPt负载量10％的商业铂碳平铺在石英舟中，让后将石英舟放置在石英长管中密封；

S2、通过真空泵对石英长管抽真空，至压力降到2Pa；

S3、向石英长管中冲入氮气，等气流稳定为20sccm一段时间后打开射频电源，射频电源放电功率100W，放电时间15min；

S4、通过氮等离子体处理铂碳15min，得到改性铂碳。

将处理前的铂碳和处理后的铂碳通过透射电子显微镜进行分析，通过TEM表征图1和图2可以看出，在经过氮气等离子体处理以后，Pt的粒径变小，且具有更均匀的分散性。这得益于N

实施例2

S1、将8mgPt负载量8％的商业铂碳平铺在石英舟中，让后将石英舟放置在石英长管中密封；

S2、通过真空泵对石英长管抽真空，至压力降到1Pa；

S3、向石英长管中冲入氮气，等气流稳定为20sccm一段时间后打开射频电源，射频电源放电功率100W，放电时间20min；

S4、通过氮等离子体处理铂碳20min，得到改性铂碳。

实施例3

S1、将12mgPt负载量12％的商业铂碳平铺在石英舟中，让后将石英舟放置在石英长管中密封；

S2、通过真空泵对石英长管抽真空，至压力降到3Pa；

S3、向石英长管中冲入氮气，等气流稳定为20sccm一段时间后打开射频电源，射频电源放电功率100W，放电时间10min；

S4、通过氮等离子体处理铂碳10min，得到改性铂碳。

对比例1

一种改性铂碳的制备方法，包括以下步骤：

S1、将10mgPt负载量10％的商业铂碳平铺在石英舟中，让后将石英舟放置在石英长管中密封；

S2、通过真空泵对石英长管抽真空，至压力降到2Pa；

S3、向石英长管中冲入氩气，等气流稳定为20sccm一段时间后打开射频电源，射频电源放电功率100W，放电时间15min；

S4、通过氩等离子体处理铂碳15min，得到改性铂碳

电化学测试

采用常规三电极电池系统在电化学工作站进行电化学测试，分别以铂丝、Ag/AgCI/KCl(sat)和铂碳作为对电极、参比电极和工作电极。

工作电极的制备可概括如下:将一定质量的商用Pt/C分散在0.5mL去离子水和0.5mL乙醇的混合物中，配成2mg/mL浓度，经超声处理后形成均匀悬浮液。用移液枪吸取10微升(分三次吸取)滴在事先分别用粒径为0.1微米和0.05微米氧化铝粉打磨抛光并且在铁氰化钾中标定过的玻碳电极表面。电极干燥后，再滴加3微升nafion溶液(DE520，5wt％)，自然干燥后作为工作电极备用。

在0.5M H

同时，我们比较了在氩气等离子体处理后的结果，测试300圈后其循环稳定性保持了31.37％；未经处理的商用铂碳其循环稳定性仅保持了23.56％。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。