[发明专利]制备铂钌/碳催化剂的反胶束方法

说明书

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，也可广泛用于其它化学化工领域。本发明特别涉及一种制备碳载铂钌(PtRu/C)催化剂的反胶束法。

背景技术

燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，它直接将贮存在燃料与氧化剂中的化学能转化为电能。在环境与能源备受关注的今天，燃料电池的研究与开发越来越受到各国政府的重视。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量转化效率高，比能量大，启动迅速和环境友好等一系列优点，是未来效率最高及最清洁的发电技术之一。膜电极(Membrane&Electrode Assembly，MEA)是PEMFC最关键的部件，是PEMFC电化学反应能高效进行的核心，膜电极通常由扩散层、催化剂层和质子交换膜组成。电催化剂采用负载型铂/碳(Pt/C)或铂-钌/碳(Pt-Ru/C)，其中Pt-Ru/C催化剂也为直接甲醇燃料电池(DMFC)首选电催化剂。质子交换膜一般采用具有高的质子传导能力的全氟磺酸型质子交换膜(如美国杜邦公司的Nafion系列膜)。

电催化剂是使PEMFC中燃料和氧化剂分别完成氧化和还原反应不可缺少的条件。贵金属Pt是迄今为止对氢的氧化反应和氧的还原反应活性最高和最稳定的催化剂，所以PEMFC催化剂首选Pt基催化剂。但是，采用天然气或液体燃料重整产生的氢气的PEMFC存在Pt因CO中毒造成功率下降的问题。开发具有良好抗CO中毒性能的电催化剂是解决这一问题重要方法。PtRu电催化剂目前被认为是最好的抗CO中毒催化剂之一。研究表明，Pt-Ru/C催化剂中，Ru原子上的电子部分转移到Pt原子上，从而使其表现出协同催化效应。而且，Ru能够使水分解形成吸附态的含氧物种(OH)_ads，(OH)_ads可以氧化吸附在催化活性位上的CO毒素，使催化剂对CO具备一定的容限能力

制备高活性的PtRu/C催化剂一直是近几年PEMFC的热点课题。目前报导较多的Pt-Ru/C催化剂的制备方法有无机胶体法、浸渍法、凝胶溶胶法和沉淀法等，这些原有方法制备的催化剂存在颗粒分散性差，粒径不均匀和反应条件比较苛刻等问题。由于催化剂的制备工艺决定其组成和结构，进而影响其性能(包括活性、寿命及利用率等)，研究PtRu/C催化剂的制备方法和工艺非常重要。

发明内容

本发明提出一种制备铂钌/碳催化剂的反胶束方法，步骤如下：

1)配置浓度范围为0.02～0.10mol/L氯铂酸水溶液，配置浓度范围为0.04～0.20mol/L三氯化钌水溶液，两种溶液共同构成水相；

2)环己烷为油相，十二烷基硫酸钠为表面活性剂，正辛醇为助表面活性剂；十二烷基硫酸钠与环己烷和正辛醇的质量比为0.07～0.15∶0.5～1.2；

3)上述步骤2)在超声振荡或机械搅拌15～40分钟，然后连续滴加步骤1)水相，水与表面活性剂的摩尔比应在4～11；超声震荡20～60分钟，形成透明的反胶束体系；

4)在上述步骤3)所述体系中加入碳黑，超声震荡或机械搅拌20～60分钟，使反胶束负载在碳黑上；

5)在上述步骤4)所述体系中加入还原剂，机械搅拌或超声波震荡条件下反应20～40分钟，继续搅拌反应1～2小时；还原剂采用硼氢化钾或硼氢化钠水溶液，用量为理论值的3～15倍，体积为3)所述水相体积的0.5~2倍；

6)在搅拌或超声波震荡条件下加入破乳剂丙酮或无水乙醇，加入量为环己烷体积的25％～40％，20～40分钟后静置，至体系分层；

7)溶液过滤，用乙醇水溶液洗涤，再用去离子水洗涤；

8)在氮气保护下干燥，或直接50℃～90℃真空干燥2～6小时。