[发明专利]一种燃料电池催化剂载体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池催化剂载体的制备方法，尤其是一种利用重油残渣制得碳微球用作电池催化剂载体的制备方法。

背景技术

以沥青为原料的碳微球制备方法很多，包括直接热缩聚法、间接热缩聚法、乳化法和悬浮法等。以有机气体为原料制备碳微球，一般经过两个步骤：有机碳源经高温分解成碳质分子，然后碳质分子重新组合成新的碳材料。与中间相沥青质碳微球相比，制备方法上有明显优势。这种以有机化合物为原料，经过直接高温分解得到高纯度球形碳的工艺简单、工艺过程容易控制，收率较高，但成本比较昂贵。

为了实现重油资源的高效转化利用，实现“零渣油”排放的重油综合利用技术，以重油残渣为原料，探索不同反应途径和特殊物理环境条件下向富勒烯和纳米碳微球的定向可控转化机理，将为重油资源的高效利用的提供科学基础。

本发明所述的重油残渣是指一类具有超分子结构的胶状沥青状物质。通常所说的重油是指常规原油中的渣油和API度小于20(相对密度大于0.934)的稠油。重油可粗略的分成两部分：可转化为汽油、煤油、柴油的轻质等车用轻质燃料和化工原料的可转化部分，以及通过现有的加工手段不能或者难以经济转化的残渣部分。

重油残渣到目前还未找到有效利用途径的工业废料，价格极其低廉，现有公开号为200610012480.9的“一种燃料电池催化剂载体的制备方法”发明专利，通过化学气相沉积法处理使其转变为尺寸均匀的碳微球。将重油残渣制得的碳微球作为Pt的载体，制得的Pt碳微球复合材料，可以增加催化剂的表面积和反应活性，从而增加Pt的利用率，提高使用寿命。同时还具有制造成本低，工艺简单，有益环保等优点。但实践证明用“一种燃料电池催化剂载体的制备方法”制备出的催化剂容易CO中毒，且Pt含量较高，成本昂贵。为了避免这类问题，在Pt/C的基础上加入金属M(Sn，Ru，Pd)，能抑制催化剂中毒，从而提高催化剂的活性和稳定性，延长电池的使用寿命。因此，制备Pt-M/C催化剂载体备受关注。

发明内容

本发明的问题在于利用重油残渣制得碳微球用作燃料电池催化剂载体的工艺问题，并提供一种工艺简单、价格低廉，且有利于环境保护的一种燃料电池催化剂载体的制备方法。

本发明基于上述问题和目的，提出了以重油残渣制得的炭微球为载体负载Pt-M纳米颗粒的方法是，用CVD法将重油残渣高温热解制得炭微球，再用超声振荡分散制得碳浆后加入H₂PtCl₆溶液和MCl₂溶液均匀混合，后滴加还原剂，保温后清洗、过滤，烘干即可。

本发明用重油残渣制得炭微球为载体，用浸渍还原法将Pt负载在该载体上制备Pt-M/炭微球复合材料，其具体的制备工艺步骤如下：

(1)用化学气相沉积法在1273K将重油残渣热解制得粒径均匀的碳微球；

(2)取1g碳微球，在393K在5mol·L^-1硝酸溶液中回流，并清洗，过滤；

(3)取硝酸溶液处理过的碳微球，于水中超声振荡分散均匀制得碳浆；

(4)缓慢加入ρ(Pt)＝7.4mg/ml的H₂PtCl₆溶液7.5ml和ρ(M)＝8mg/ml的MCl₂溶液4ml，使其与碳微球混合均匀；

(5)逐滴加入还原剂为氢氧化钠溶液、乙二醇溶液或联二亚硫酸钠溶液，将混合液调节至中性；

(6)然后将混合溶液加热至333K，保温30min；

(7)将混合液用蒸馏水反复冲洗、过滤，并在真空状态下烘干，制得燃料电池催化剂载体。

其中，所述的MCl₂溶液为SnCl₂溶液、RuCl₂溶液或是PdCl₂溶液，