[发明专利]一种PtRuCo/C三元合金纳米催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种PtRuCo/C三元合金纳米催化剂及其制备方法，属材 料领域。

背景技术

由于能量转化效率高，污染小，有利于减少石化燃料的过度使用和 保护地球环境，燃料电池现已受到各国研究者的普遍关注。直接甲醇燃 料电池是氢质子交换膜燃料电池的一种变种，甲醇相当于贮氢载体，甲 醇在常温常压下是一种结构最简单的液态有机化合物，储存简单，来源 方便，价格便宜，是一种理想的可再生燃料，而且在甲醇分子中不存在 C-C键的束缚，电化学活性高，能保持较高的能量转化效率。

Pt对甲醇氧化具有很高的催化活性，但甲醇的氧化中间产物(类似 CO)很容易占据Pt表面的活性位，极易使Pt中毒。而提高催化剂活性 的关键是在低电位下氧化类似CO的中间产物，从而释放Pt的活性位。 目前Pt₅₀Ru₅₀是公认的商业化效果好的二元合金。一般认为Ru的加入有 两方面的作用：(1)Ru的加入会影响Pt的d电子状态，从而减弱了Pt 和CO之间的相互作用；(2)Ru在较低电位下易形成活性含氧物种，它 会促进甲醇解离吸附的中间体在其表面氧化，从而提高了抗CO中毒能 力。虽然PtRu/C二元合金能够提高抗CO中毒能力，但是根据Norskov 理论，如果能够合成PtRuCo/C三元合金，可以极大提高催化甲醇的能力， 本发明将解决此问题。

发明内容

为了增强催化剂抗CO中毒能力和提高催化甲醇的催化活性，本发 明提出了一种PtRuCo/C三元合金纳米催化剂及其制备方法。

本发明的技术方案

一种PtRuCo/C三元合金纳米催化剂的制备方法，包括如下制备步 骤：

(1)、碳浆的制备

将活性炭按其与水的质量比为3∶2将活性炭溶解于水中，升 温至40℃，磁力搅拌，控制搅拌速率500r/min，30min后形成碳 浆；

(2)、水溶胶的制备

向步骤(1)所得的碳浆中缓慢依次滴加H₂PtCl₆、RuCl₃、CoCl₂， 即加入Pt、Ru、Co金属物质的摩尔量比按Pt∶Ru∶Co为6∶3∶1，再 加入柠檬酸三钠作为金属保护剂，柠檬酸三钠的加入量按其与金 属物质Pt、Ru及Co的总摩尔量比，即柠檬酸三钠∶金属物质Pt、 Ru及Co＝1∶1，超声搅拌，控制超声频率为40KHz，搅拌时间为 30min，得水溶胶；

(3)、PtRuCo/C的制备

将步骤(2)所得水溶胶用0.1M NaOH调节溶液的pH至8， 在40℃下，缓慢滴加NaBH₄作为还原剂，反应3h，真空抽滤， 水洗至溶液中无氯离子，70℃真空干燥12h，即得本发明的一种 PtRuCo/C三元合金纳米催化剂。

本发明的有益效果

本发明的一种PtRuCo/C三元合金纳米催化剂可以极大提高燃料电 池中催化甲醇的能力。其制备过程中使用柠檬酸三钠作为保护剂，能够 制备分散均匀的纳米催化剂，纳米颗粒不易发生团聚现象，而且柠檬酸 三钠是水溶性保护剂，可以用水洗去，制备过程简单。

附图说明

图1、PtRuCo/C的TEM图

图2、PtRuCo/C和PtRu/C(商业化)的XRD图

图3、PtRuCo/C和PtRu/C在预吸附单层CO的HClO₄溶液中的溶出伏 安曲线

图4、PtRuCo/C和PtRu/C(商业化)分别在0.1M HClO₄+0.5M CH₃OH 溶液中催化甲醇循环伏安曲线

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明的PtRuCo/C催化剂及其制备方 法进一步说明。

实施例1

一种PtRuCo/C三元合金纳米催化剂的制备方法，包括如下制备步 骤：

(1)、碳浆的制备

30.6mg的活性炭溶解在20ml的水溶液中，升温至40℃，磁 力搅拌，控制搅拌速率500r/min，30min后形成碳浆；

(2)、水溶胶的制备