[发明专利]一种铂-二氧化锆/碳复合电催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种铂-二氧化锆/碳复合电催化剂的制备方法，属于催化剂制备技术领域和电化学能源技术领域。

背景技术

碳负载高分散的贵金属铂纳米粒子具有良好的电催化性能，在燃料电池中得到了广泛的研究和应用。但是由于贵金属铂价格昂贵，储量低，而且单纯铂在催化醇类燃料电池过程中很容易受到中间产物，如CO的毒化作用，因此合成高效率、高催化活性并具有抗CO中毒的燃料电池催化剂是目前一个具有挑战性的研究课题。合成这种具有抗CO中毒的催化剂，一般地分为两个方面：一是在铂/碳催化剂中添加另外一种金属，如Ru，Sn，Ni，Re，Co，Cr等；二是在铂/碳催化剂中添加一些过渡金属氧化物，如RuO₂，SnO₂，WO₃和TiO₂等，能够提高甲醇或者乙醇氧化的电催化氧化性能。近年来研究发现在过渡金属氧化物掺杂的催化剂中，其中二氧化铈和二氧化锆由于其良好的储氧能力，能够氧化燃料电池催化过程中产生的中间产物，从而提高电催化性能，因此常用来合成这类掺杂的电催化剂，但是文献报道的合成方法都是分两步或者多步完成。

微波辐射作为一种快速、简单和高效的加热技术，已经广泛地被运用于化学反应和多种纳米材料的合成。但是到目前为止，还尚未见有利用微波方法一步合成铂-二氧化锆/碳复合电催化剂的文献公开报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种铂-二氧化锆/碳复合电催化剂的制备方法。本发明的铂-二氧化锆/碳复合电催化剂的制备方法，其步骤如下：

1)将氯铂酸溶解在乙二醇中，配制成0.002～0.005mol/L的氯铂酸乙二醇溶液；

2)向氯铂酸乙二醇溶液中加入硝酸锆水溶液，使溶液中的铂和锆的摩尔比为1∶1～3∶1，然后加入稳定剂，用氢氧化钠调节pH为12～14；

3)在步骤2)所得的溶液中加入纳米碳作为载体，超声混合均匀后，放入带有回流装置的微波炉中加热5～20min，冷却后经过滤，用丙酮以及去离子水充分洗涤，烘干，得到铂-二氧化锆/碳复合电催化剂，铂在催化剂中的质量分数为10～20％，铂和锆的摩尔比在1∶1～3∶1。

本发明所说的稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮或者聚乙二醇。所说的纳米碳为XC-72碳或者碳纳米管。

为了增强金属纳米粒子在碳纳米管表面的负载效果，将碳纳米管在使用前在浓硝酸中60℃回流处理16h。

本发明的方法与现有技术相比具有以下突出优点：

本发明利用微波辐射加热法一步制备铂-二氧化锆/碳复合电催化剂，与现有的方法相比具有快速、简单、高效和节能的优点。

而且本发明所制备的催化剂中铂纳米粒子具有细小和均匀的粒径，平均粒径为3.0～3.5nm。

本发明制备的铂-二氧化锆/碳复合电催化剂比铂/碳催化剂对甲醇的电氧化具有更高的电催化活性，而且具有改善的抗CO中毒性能，作为直接醇类燃料电池的催化剂具有广泛的应用。

具体实施方式

实施例1：

将氯铂酸溶解在乙二醇中，配制成浓度为0.002mol/L的溶液。取50mL该溶液，加入10mL浓度为10mmol/L硝酸锆水溶液，溶液中铂和锆的摩尔比为1∶1，再加入5mL 1％的聚乙二醇水溶液。用氢氧化钠溶液调节溶液pH值为12。再在该合成溶液中加入63mg的XC-72碳，并超声混合均匀。最后混合物转移到250mL的圆底烧瓶中，并放置在微波炉中，加上回流装置，微波15min。冷却后，固体产物经过滤和用丙酮以及去离子水充分洗涤，在80℃烘干，得到铂-二氧化锆/XC-72碳复合电催化剂。(催化剂中铂的质量分数为20％，摩尔比铂∶锆＝1∶1)。透射电镜观察催化剂中铂纳米粒子具有均匀的粒径，平均粒径为3.1nm。

作为比较，在合成溶液中不加入硝酸锆溶液，用类似的方法合成铂/碳催化剂(铂的质量分数为20％)。透射电镜观察铂/碳电催化剂中铂纳米粒子粒径为3.0nm。