[发明专利]一种燃料电池用铂/碳气凝胶催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池用催化剂及其制备方法，具体涉及一种燃料电池用铂 (Pt)/碳气凝胶催化剂及其制备方法，属于燃料电池领域。

背景技术

现有质子交换膜燃料电池技术中大都采用碳粉作为载体，将铂粒子加载到碳粉 表面，得到担载型碳载铂催化剂。但该种催化剂活性组分Pt粒子易集聚，使催化 剂性能降低，催化剂Pt利用率降低。碳气凝胶是一种具有三维纳米网络结构的非 晶型碳材料，一般是由甲醛和酚类经溶胶凝胶过程，再经溶剂置换，干燥和高温碳 化得到。碳气凝胶具有较低的密度，高孔隙率和高比表面积，表现出较强吸附催化 能力、低热导率、低声阻抗等特性。此外，还具有良好的导电性、光导性及磁性能， 使其在催化剂载体、电极材料、高功率密度和高能量密度的电化学超级电容器等方 面具有良好的应用前景。微波辐射加热应用于物质的合成是一个比较新的研究领 域，其发展快速。与传统的加热方法相比微波辐射加热方法简单、快速、均匀，能 够大大加快反应速度，缩短合成时间，且能得到粒径细小，分布均匀的纳米粒子。

目前在催化剂制备方面，多数研究集中在通过添加助剂、寻找新载体以及研究 新的催化剂制备方法着手来解决催化剂活性组分聚集，提高催化剂的利用率。

《炭气凝胶负载Pt基催化剂的制备及其甲醇氧化催化性能》(杜娟，功能材料， 2007(4)，580)公开了以间苯二酚(R)和甲醛(F)为原料，制备R-F炭气凝胶 (RF-CAs)。这种传统的Pt/碳气凝胶催化剂制备方法多采用甲醛多化剂液相还原， 制备的催化剂颗粒较大且易团聚；或采用乙二醇油浴还原，存在制备时间长，操作 步骤繁琐的缺陷。

因此，开发一种制备过程简单并且碳离子分布均匀、催化剂颗粒细小的燃料电 池用Pt/碳气凝胶催化剂，是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池用铂/碳气凝胶催化剂，其具有制备过程简 单、碳离子分布均匀、催化剂颗粒细小等优点。

为实现上述发明目的，本发明采取了以下技术方案：

一种燃料电池用铂/碳气凝胶催化剂，催化剂载体为碳气凝胶，活性组分为铂 (Pt)，其特征在于：铂载量为15-60wt％，优选地铂载量为20-40wt％。此处所述的 Pt载量为15-60wt％是指在100g催化剂载体上担载的Pt金属为15-60g。

一种优选技术方案，其特征在于：所述的碳气凝胶是由间苯二酚、甲醛和催化 剂制备而成；所述的间苯二酚与甲醛的摩尔比为1∶1-2，间苯二酚与催化剂的摩尔 比为1∶100-1500；所述的催化剂为碳酸钠、碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸氢钠或氢氧 化钙中的一种或其中几种的混合物。

本发明的另一目的是提供一种燃料电池用Pt/碳气凝胶催化剂的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种燃料电池用铂/碳气凝胶催化剂的制备方法，包括下述步骤：

将碳气凝胶超声波分散到氯铂酸的乙二醇溶液中，所述的氯铂酸以铂计为碳气 凝胶重量的15-60％，得到混合液，将混合液通过微波炉间歇式加热，然后过滤、洗 涤至无Cl^-，所得的滤饼在60-90℃下干燥10-24h，即得到燃料电池用Pt/碳气凝胶 催化剂。

一种优选技术方案，其特征在于：所述的超声波分散为先将H₂PtCl₆的乙二醇溶 液超声波搅拌15-45min，再将碳气凝胶加入到上述溶液中，超声波分散15-45min， 用碱性溶液调节溶液pH值为8-12，超声波分散15-45min。

一种优选技术方案，其特征在于：所述的用碱性溶液调节溶液pH值为9-10。

一种优选技术方案，其特征在于：所述的微波炉间歇式加热是指将混合液放到 微波炉中，微波加热15-22s，停8-10s，反复5-8次。

一种优选技术方案，其特征在于：所述的碳气凝胶采用下述方法制备：

①将间二苯酚、甲醛、催化剂加入到水中，所述的间苯二酚与甲醛的摩尔比为 1∶1-2，间苯二酚与催化剂的摩尔比为1∶100-1500；所述的催化剂为碳酸钠、碳 酸氢铵、碳酸铵、碳酸氢钠或氢氧化钙中的一种或其中几种的混合物；混合搅拌均 匀后置于密闭容器中，在80-90℃条件下静置3-7天，得到有机气凝胶；所述的有 机气凝胶中，间二苯酚和甲醛的重量占总重量的20-60％。