[发明专利]一种碳载纳米Pt–M燃料电池催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化技术领域，具体涉及碳载纳米Pt–M燃料电池催化剂的制备方法。

背景技术

燃料电池是21世纪最为重要的新能源技术之一，它具有工作温度低，启动快、能量转换效率高、无污染等优点，国内外正广泛开展大量的研究。

迄今为止，低温燃料电池的阴极和阳极有效催化剂仍以铂为主。由于铂的价格昂贵，资源匮乏，造成低温燃料电池成本很高，大大限制了其广泛的应用。这样，降低贵金属催化剂用量，寻求廉价催化剂，提高电极催化剂性能成为电极催化剂研究的主要目标。近年来的发展趋势：采用多元合金催化剂，既降低成本，又增强抗CO中毒能力；采用纳米技术，提高催化剂的催化性能。

阳极催化剂的研究内容主要为具有高性能抗CO中毒能力的催化剂。阳极催化剂包括Pt–Ru、Pt–Sn、、Pt–Mo等，最近许多研究人员开始采用三元及多元合金催化剂。多元催化剂的使用一方面可以降低贵金属Pt的含量，另一方面，多元催化剂的“协同效应”也将有效减少催化剂中毒现象。美国专利US6498121、US6517965、US6663998中介绍了多元燃料电池催化剂的制备方法；此外，从美国专利US20040087441、US20050053826的研究内容看，催化剂成份已选择纳米级微粒。由于纳米催化剂本身具有表面与界面效应、量子尺寸效应、纳米粒子宏观量子隧道效应等，因而其在燃料电池中有着广泛的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳载纳米Pt–M燃料电池催化剂的制备方法，该方法解决了电催化剂使用传统制备方法颗粒和分散度难控、铂负载量高、吸附率低和团聚等缺陷，且具有工艺简单、绿色环保、催化剂相对廉价、抗CO中毒能力强、高分散度、小粒径、催化性能好等优点。

为了达到以上目的，本发明的技术方案是按如下设计的：

一种碳载纳米Pt–M燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，是按下列步骤进行的：

①将和M化合物分别用醇溶剂溶解合并后，加入非活性离子磷酸或柠檬酸，在温度为25–60条件下超声10–20min；

②将步骤①中制得的Pt–M活性前驱体干浸吸附至载体碳上，用微波脱水至恒重；

③将步骤②加去离子水浆化，加还原剂还原；

④过滤、洗涤、微波脱水获得Pt–M/C催化剂。

上述制备方案中，步骤①中M为Pd、Au、Ru、Mo、Ni、Co、Fe、Sn，其中贵金属铂和M的配制摩尔比为1 : 0.1–4。

上述制备方案中，步骤①中所用的醇溶剂为甲醇、乙醇、丙二醇、丙三醇、乙二醇、聚乙烯醇中的一种或两种按任意体积比例配制而成的溶剂，醇溶液和金属的配制按照金属浓度1–15mol/L的标准计算。

上述制备方案中，步骤①中加入的磷酸或柠檬酸与金属的摩尔比为1 : 0.5-10。

上述制备方案中，步骤①中超声波能量控制在之间。

上述制备方案中，步骤②中载体碳冷却至-5–20，Pt–M活性前驱体干浸吸附温度为-5–20，吸附时间24–36h，微波脱水至恒重的温度为50–80。

上述制备方案中，步骤③中还原剂为甲醇、甲醛、甲酸、硼氢化钠、水合肼的一种或两种配制而成的混合物，浓度为0.01–5mol/L，还原温度为50–100。

上述制备方案中，步骤③中还原剂按1g金属加1–20mL的用量计算。

上述制备方案中，步骤④中洗涤过程是用去离子水反复洗涤催化剂至硝酸银检测无Cl^–为止。

上述制备方案中，步骤④中微波脱水温度为80–110，时间为0.5–6h。

附图说明

图1 碳载纳米Pt–Ru燃料电池催化剂透射电镜图

具体实施方式

下面通过实施例对本发明碳载纳米Pt–M燃料电池催化剂的制备方法做进一步说明，其目的旨在更好的阐述本发明的内容而不是限制本发明的保护范围。

实施例1