一種pt/石墨烯催化劑及其制備方法和應用

质子交换膜燃料电池（ proton exchange membrane fuel cell ， PEMFC ）是新一代以氢气为燃料的发电装置，它除具有燃料电池的一般优点（能量转换功效高和环境友好等）外，还具有比功率与比能量高、工作温度低、可在室温下快速启动和寿命长等突出优点，成为最有发展前途的一种燃料电池。

PEMFC 电催化剂是制约事实上现商业化的关键因素之一，因而 , 对电催化剂的研究成为 PEMFC 研究的要紧内容。正如麻省理工学院化学系主任 Lippard 在评论 20 世纪化学学科发展时所指出的那样： '20 世纪化学的最大遗憾是未能研制出精良的燃料电池催化剂 ' 。

催化剂的制备方法对催化剂中 Pt 的粒径及晶态都有很大的妨碍，目前报道较多的 Pt/C 催化剂制备方法要紧有无机胶体法、浸渍法、凝胶溶胶法和沉淀法等，这些原有的方法制备的催化剂存在颗粒疏散性差，粒径不均匀和反应条件比较苛刻的问题。由于催化剂的制备工艺决定其组成和结构，进而妨碍其催化性能，研究催化剂的制备方法和工艺显得非常重要。

石墨烯的理论研究已有 60 多年的历史，被广泛用来研究不同结构的碳质材料的性能。 Science 杂志 2009 年 324 卷 1530 页中 Geim 指出，石墨烯是具有少于 10 层石墨分子层状结构的碳材料，比外表积较高（单层石墨烯的理论比外表积可达成 2620m2 /g ） , 可以提供骄傲多的命属负载位。同时，石墨烯表现出很强的量子效应，具有良好的电子传导能力。通过第一原理计算发现，铂族可以稳定的负载于石墨烯上，而一氧化碳或氢在命属铂颗粒上的吸附会因为石墨烯的存在而降低，更有利于燃料电池中的反应。因此，石墨烯可以作为一个很好的碳载体。

發明內容

基于上述问题，本发明提供一种 Pt/ 石墨烯催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1 、氧化石墨的制备：使用石墨粉，通过改进的 Hummers 法，制备氧化石墨；

2 、氧化石墨烯溶液的制备：将制备出来的氧化石墨进入到水中超声疏散，形成以单片层均匀疏散的氧化石墨烯溶液；

3 、反胶束体系的配制：在室温下，配制外表活性剂（阴离子型外表活性剂或阳离子型外表活性剂，如甲基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、脂肪族硫酸盐、季铵盐类等），助外表活性剂（如，正辛醇、正壬醇、正庚醇、正己醇），油相（如，环己烷）以及摩尔浓度为 0.04mol/L 的氯铂酸（ H2PtCl6 ）水溶液组成的混合体系，在超声波作用下形成均匀稳定的反胶束体系；且所述外表活性剂、助外表活性剂以及油相的质量比 10:7:1 ；

4 、前躯体的形成：将配好的氧化石墨烯溶液缓慢的滴加到反胶束体系中；

5 、前躯体的还原：在 80℃ 水浴中，向上述反胶束体系中进入过量的还原剂（如，水合肼或硼氢化钠，且还原剂的摩尔用量为氯铂酸摩尔用量的 3-10 倍），使氯铂酸和氧化石墨烯分别还原成 Pt 和石墨烯，制得 Pt 和石墨烯的乳液；现以 H2PtCl6 为例，以 KBH4 为还原剂，反应如下所示：

H2PtCl6+KBH4→Pt+H 2↑+2HCl+KCl+BCl 3

6 、破乳：在超声波震荡下，向上述乳液中进入破乳剂（如，丙酮或无水乙醇，且破乳剂进入的量为环己烷体积的 20-50% ），使 Pt 负载到石墨烯载体上，制得混合体系；

7、过滤、洗涤和干亢：真空抽滤上述破乳后的混合体系，依次采用乙醇和去离子水洗涤滤多次，将过滤所得的负载Pt的石墨烯在70℃下真空干亢2 h后，获得Pt/石墨烯催化剂。