【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于催化劑。更具體地，涉及一種高負載貴金屬碳基催化劑及其制備方法和應用。
技術介紹
1、隨著不可再生化石燃料日益減少及其衍生出來的環境污染和全球變暖問題，尋找新的可再生清潔能源及其合理的應用轉化手段成為了關鍵。氫能由于其來源廣泛、能量密度高、燃燒產物無污染引起廣泛關注。其中，電解水制氫技術能量利用率高、生產過程無污染、產物純度高，被認為具有工業化大規模制氫的潛力。氫能的轉化利用中，燃料電池技術發展快速，作為一種清潔能源轉換技術，燃料電池高效率，高比功率，清潔環保等優點，被認為是第四種發電方式也是未來能源架構中重要組成。
2、實際應用中無論電解水技術還是燃料電池對催化劑都提出新的挑戰：高活性位點，高電化學活性及高穩定性，實現單位面積或質量的高氫產量或電流供輸。鉑基催化劑是燃料電池領域重要的催化劑之一，尤其是高負載的鉑基催化劑，一方面，高金屬/碳比會使催化層變薄，加速質量傳輸，將顯著降低電壓損耗，特別是在高電流密度(>1.0a/cm-2)下；另一方面，高金屬比增加金屬活性位點和離聚物(例如nafion)的可及性(離聚物和活性金屬距離近)，從而擴大三相反應界面，提高燃料電池性能。
3、然而鉑基催化劑(pt/c催化劑)的制備通常涉及高溫退火，這不可避免地導致嚴重的pt納米顆粒燒結，致使制備得到的pt/c催化劑中金屬pt聚集，粒徑變大，從而降低了pt的利用率和orr/her活性。特別是對于高負載的pt/c催化劑(＞30wt.％)，高密度納米顆粒極易團聚，進一步增加超細pt/c催化劑的可控合成難度。為
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于克服現有技術中制備高負載貴金屬碳基催化劑時金屬納米顆粒易燒結，利用犧牲模板制備過程繁雜且易降低活性的缺陷和不足，提供一種負載貴金屬碳基催化劑的制備方法。
2、本專利技術的另一個目的在于提供一種負載貴金屬碳基催化劑。
3、本專利技術的另一個目的在于提供一種負載貴金屬碳基催化劑在燃料電池或電解水領域中的應用。
4、本專利技術的上述目的是通過以下技術方案給予實現的：
5、一種負載貴金屬碳基催化劑，所述負載貴金屬碳基催化劑中貴金屬顆粒的平均粒徑為0.6～2.2nm；所述負載貴金屬碳基催化劑，由載體碳和貴金屬活性組分構成，質量百分比組成為：載體碳：30％～70％、貴金屬活性組分：30～70％。
6、同時，本專利技術保護所述負載貴金屬碳基催化劑的制備方法，所述制備方法具體包括以下步驟：
7、s1.將載體碳和貴金屬鹽混合分散在溶劑中，攪拌；
8、s2.將有機膦類化合物加入到步驟s1的溶液，溶解，干燥，即得前驅體混合物；
9、s3.將步驟s2的前驅體混合物在惰性或還原性氣氛中升溫至400～1200℃后保溫處理，自然降溫，即得負載貴金屬碳基催化劑；
10、其中，所述溶劑為能溶解步驟s2所述有機膦類化合物的溶劑；
11、所述有機膦類化合物為苯基膦、三苯基膦、三正辛基膦、二甲基苯基膦、三甲基膦、三丁基膦、二苯基甲基膦、三正辛基氧膦中的一種或多種。
12、本專利技術采用與貴金屬離子具有配位保護作用的膦類物質作為磷源，可有效避免貴金屬的高溫團聚，同時，高溫過程中膦類物質中的p組分成功摻雜到炭載體中，增強了金屬與載體的相互作用，同時優化了貴金屬的電子結構，使得催化劑表現出優越的電化學性能。本專利技術在高溫反應過程中機膦類化合物中的氫元素還可以在惰性氛圍中將金屬離子還原為單質金屬。
13、優選地，步驟s3中，所述步驟s2的前驅體混合物在惰性或還原性氣氛中由室溫升溫至600～1000℃后保溫處理。
14、優選地，步驟s2中，所述干燥為真空干燥或旋轉蒸發；所述溶解的方法為攪拌0.5～2h。
15、進一步地，步驟s2中，所述溶劑為酮類化合物、醛類化合物、水、n,n-二甲基甲酰胺、二氯甲烷的一種或幾種。
16、優選地，步驟s1中，所述溶劑為丙酮、甲醛或二氯甲烷。
17、進一步地，步驟s1中，所述載體碳為炭黑、碳納米管、石墨烯或富勒烯。
18、更進一步地，所述惰性氣體為氮氣，氬氣，氦氣中的一種或幾種。
19、進一步地，所述保溫的時間為0.1～10h；優選地，所述保溫的時間為1～5h。
20、在本專利技術中，所述貴金屬鹽中的貴金屬為鉑、銥、金、鈀、釕或銠；所述貴金屬鹽中的鹽可以為硝酸鹽、鹵素鹽、乙酰丙鹽或醋酸鹽；所述載體碳可以直接加入使用，也可進行還原或者嫁接修飾處理后使用。
21、優選地，貴金屬鹽濃度為100mmol/l～1000mmol/l。
22、進一步地，所述有機膦類化合物與貴金屬鹽的物質的量比為0.5～20：1；優選地，所述有機膦類化合物與貴金屬鹽的物質的量比為5～20：1
23、更進一步地，步驟s1中，所述貴金屬鹽和載體碳的質量比為0.01～6：1；優選地，步驟s1中，所述貴金屬鹽和載體碳的質量比為1～6：1。
24、另外地，本專利技術保護所述負載貴金屬碳基催化劑在燃料電池或電解水領域中的應用。
25、與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
26、本專利技術所述負載貴金屬碳基催化劑，具有金屬顆粒粒徑小同時金屬負載量高的優點，相比于傳統碳負載金屬催化劑，本專利技術的催化劑在高負載金屬活性物質的基礎上還能有效防止大量金屬粒子聚集，使金屬在碳基上保持較好的分散性，進而提高催化劑的穩定性和催化活性。本專利技術采用有機膦類物質為貴金屬保護劑，利用膦基配位能力，通過一步煅燒，得到小粒徑金屬的高負載貴金屬碳基催化劑，該催化劑具有非常優異的催化活性、穩定性、分散性以及活性金屬粒徑可控性。此外，本專利技術所述制備方法具有原料利用率高，制備工藝可靠，產品批次一致，節能高效，綠色無污染的優點。實驗結果表明，本專利技術制備的60％負載鉑的碳基催化劑與商業化生產的60％的pt/c催化劑相比，平均粒徑降低45.5％，有利于催化活性提高，且本專利技術制備成本較低，有利于工業化大規模生產。
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1.一種負載貴金屬碳基催化劑，其特征在于，所述負載貴金屬碳基催化劑中貴金屬顆粒的平均粒徑為0.6～2.2nm；所述負載貴金屬碳基催化劑，由載體碳和貴金屬活性組分構成，質量百分比組成為：載體碳：30％～70％、貴金屬活性組分：30～70％。
2.權利要求1所述負載貴金屬碳基催化劑的制備方法，其特征在于，所述制備方法具體包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述溶劑為酮類化合物、醛類化合物、水、N,N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷的一種或幾種。
4.根據權利要求3所述制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述溶劑為丙酮、甲醛或二氯甲烷。
5.根據權利要求2所述制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述載體碳為炭黑、碳納米管、石墨烯或富勒烯。
6.根據權利要求2所述制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述貴金屬鹽中的貴金屬為鉑、銥、金、鈀、釕或銠。
7.根據權利要求2所述制備方法，其特征在于，步驟S3中，所述保溫的時間為0.1～10h。
8.根據權利要求2所述制備方法，其特征在于，所述
9.根據權利要求2所述制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述貴金屬鹽和載體碳的質量比為0.01～6：1。
10.權利要求1所述負載貴金屬碳基催化劑在燃料電池或電解水領域中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種負載貴金屬碳基催化劑，其特征在于，所述負載貴金屬碳基催化劑中貴金屬顆粒的平均粒徑為0.6～2.2nm；所述負載貴金屬碳基催化劑，由載體碳和貴金屬活性組分構成，質量百分比組成為：載體碳：30％～70％、貴金屬活性組分：30～70％。
2.權利要求1所述負載貴金屬碳基催化劑的制備方法，其特征在于，所述制備方法具體包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述溶劑為酮類化合物、醛類化合物、水、n,n-二甲基甲酰胺、二氯甲烷的一種或幾種。
4.根據權利要求3所述制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述溶劑為丙酮、甲醛或二氯甲烷。
5.根據權利要求...
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