[发明专利]制备Pt/C催化剂的调变多元醇法

说明书

技术领域

本发明涉及制备质子交换膜燃料电池铂/碳催化剂的调变多元醇法，属于电化学催化领域。

背景技术

燃料电池是一种高效、绿色的发电装置，它直接将储存在燃料与氧化剂中的化学能转化为电能。其中，质子交换膜燃料电池(Proton Exchang Membrane FuelCell，PEMFC)以其能量密度高，无腐蚀，运行温度低，启动快等优点，引起广泛关注，成为目前能源领域中的重大研究课题。

质子交换膜燃料电池通常分别采用氧气(或空气)和氢气作为阴、阳极反应气体。为了加快电极反应速度，需要采用高活性电催化剂制备气体扩散电极。尤其是阴极氧还原过程，为使分子氧通过四电子过程直接还原成水，从而得到高能量利用率，需要采用Pt/C作为催化剂，因为贵金属Pt是迄今为止对氧还原反应催化活性最高且性能最稳定的催化剂。

高催化活性的Pt/C催化剂取决于合理的制备方法，因为制备方法以及相应的工艺条件影响Pt/C催化剂中Pt颗粒的粒径分布及晶态结构，进而影响其电催化性能和利用率。目前报导较多的Pt/C催化剂的化学合成方法中包括浸渍还原法、离子交换法、Bonnemann法、有机胶体法等，这些传统方法制备Pt/C催化剂存在很多问题，如浸渍还原法和离子交换法制备的催化剂Pt颗粒粒径较大，容易团聚；Bonnemann法成本高，制备过程复杂，且产物杂质含量相对较高；有机胶体法工艺条件难于控制，产品分离困难。针对上述问题，近年来许多研究者做出了大量研究，对传统方法进行改进，并提出了新技术新方法，如固相反应法、无机胶体法、微乳液法、微波法等。

国内发明专利申请公开说明书“质子交换膜氢与氧燃料电池碳载铂催化剂的制备方法”，专利(申请)号：CN200410029834.1采用无机胶体法制备了Pt/C催化剂，该法利用在溶剂中形成PtO_x胶体而后进行气相还原，制备了氢/氧质子交换膜燃料电池催化剂。

专利(申请)号：CN200810070245.6提供了一种间接电沉积制备碳载超低铂催化电极的方法，该发明是在水溶液中通过四步电沉积法将过渡金属M(如：Cu、Co、Ni等)纳米粒子高分散的沉积在全氟磺酸树脂粘接的多孔碳电极(PCE)上，然后将所得到的M/PCE电极浸入到铂盐溶液中通过置换反应制得碳载超低铂催化电极。

本发明的目的即是寻求一种方法，制备出Pt晶粒细小且粒度分布均匀，分散性好，催化活性高的Pt/C催化剂。

发明内容

本发明提出一种制备铂/碳催化剂的调变多元醇法，步骤如下：

1)在通N₂气保护下，Pt(acac)₂在二苯醚溶剂中加热到80～120℃(最好在80～100℃)溶解；

2)加入表面活性剂油酸、油酸酰胺或二者的混合物作为稳定剂；

3)将经过处理的碳黑加入溶液中，不断搅拌1～3h，使乙酰丙酮铂先负载到该碳黑上；

4)在连续搅拌条件下加入还原剂多元醇，加热回流0.5～1h，使乙酰丙酮铂充分还原成铂；

5)溶液过滤，用无水乙醇多次洗涤后真空干燥。

所述的碳黑使用前在300～500℃条件下热处理了1～5h，或者在氩气中500～900℃热处理1～5h。

所述的多元醇是1，2-十二烷基二醇或1，2-十六烷基二醇，反应回流温度在230～249℃之间。

所述的乙酰丙酮铂是先化学键合到碳黑表面上，然后再用多元醇将其还原成纳米Pt/C。

本发明采用调变多元醇法制备Pt/C催化剂的新方法，该催化剂用于氢氧燃料电池中具有很高的电催化活性。所制备的Pt/C催化剂具有粒径小、分散性好且粒度分布均匀的特点。如图1和图2是按照本发明制备的Pt/C催化剂的透射电子显微效果图，平均粒径为2.3nm。

附图说明

图1：实施例1Pt/C催化剂透射电镜图，

图2：实施例2Pt/C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作进一步说明，但本发明不限于实施例。

实施例1

1)在N₂气氛保护下，0.39～0.40g Pt(acac)₂在二苯醚(20.0～30.0mL)中溶解，加热到80～100℃；

2)加入表面活性剂0.15～0.17mL油酸、0.13～0.15g油酸酰胺作为稳定剂；

3)加入770～790mg在空气中300～500℃热处理1～5h的Vulcan XC-72碳黑，并不断搅拌1～3h，使乙酰丙酮铂先负载到该碳黑上；