碳纳米空心球负载金属纳米粒子催化剂
目前对于无污染的低温质子膜燃料电池阴、阳极催化剂的开发是能源科学和材 料科学领域的热点研究课题。作为低温质子膜燃料电池催化剂，金属铂占有非常重 要的地位。为了增加催化剂的比表面积，铂纳米粒子的制备被列入研究内容，然而， 由于纳米级的铂粒子表面能量较高而容易发生聚集,造成催化活性和利用率的降低。 又因金属铂昂贵的价格，使得使用纯金属铂作为燃料电池催化剂不现实。因此，人 们将研究的重点转向碳负载铂催化剂的研究。碳材料一方面是一种很好的导体，可 以有效传递电子；另一方面，碳的多孔结构可以很好分散催化剂而提高催化剂的活 性和利用率。因此，以多孔碳作为金属催化剂纳米粒子的负载材料成为燃料电池阳极催化剂制备的研究重点。尽管目前有多种方法制备碳负载的金属纳米粒子催化剂， 如离子交换、胶体、化学气相沉积和电化学方法，负载体包括碳黑、活性炭、碳纳 米纤维、多空碳和碳纳米管等。但这些方法一般都需要专门的设备，复杂的制备方 法，苛刻的制备条件，如高温、高压等，成本高，且生成的金属一碳催化剂的粒子 形态、电化学性质、金属含量、金属纳米粒子的高度分散难以控制：因此，文献方 法既不适合实验室的操作，又极大地限制了该类催化剂的大规模生产以及广泛的应用。
本发明目的是提出一种低成本、快速、简单、可控制备空心碳纳米球负载金 属纳米粒子催化剂的方法。技术方案如下：（1)先制备壳聚糖空心纳米球的制备；壳聚糖空心纳米 球的制备：将壳聚糖加入(D"烯酸的水溶液中，室温搅拌，溶解，滤去不溶物，得 到胶束样聚合物溶液，滤液用过硫酸钾引发乙烯基的聚合反应，再加入25%戊二 薛水溶液对表面未质子化的氨基进行交联，形成壳聚糖空心纳米球；（2)用金属 离子盐在壳聚糖空心纳米球上吸附；将壳聚糖空心纳米球置于金属离子盐水溶液 中，搅拌1-10小时，室温静置后过滤，用蒸馏水多次洗涤，干燥后得固体。（3) 碳纳米空心球负载金属纳米粒子催化剂的制备，将经干燥的面体置于管式炉中， 通氮气保护或含还原性的氢气下，升温至600-850°。在该温度下保持0.5-4小时后降温至室温，得到炭黑样粉末，即为空心碳纳米球负载金属纳米粒子催化剂。
发明所述的空心碳纳米球负载金属纳米粒子催化剂 中的碳纳米球是利用来源广泛且无污染的壳聚糖衍生物经热分解碳化所得；原料 来源广泛、价格低廉、无污染；从制作方法知，该技术不需要任何复杂的模板和 任何专用的设备，制作步骤简单，任何实验室都可以大规模生产；从所得产物来 看，空心碳纳米粒子都具有完整的球状结构，粒径分布均匀，粒径可在30-100nm， 负载于空心碳纳米球上的金属铂纳米粒子高度分散且粒径均匀，可控制在1一50 nm;电化学测试表明其对甲醇氧化具有良好的催化活性，因此该负载金属铂纳米 粒子的碳纳米球制作方法极易被推广使用。使用不同的金属盐或多种金属盐混合 物可得到其它金属纳米粒子或合金纳米粒子负载的碳纳米球催化剂。