[发明专利]一种Pt-Nafion/C催化剂及其制备和应用

权利要求书

1.一种Pt-Nafion/C催化剂，其特征在于：

催化剂中Pt质量含量为1.0-20.0％，Nafion聚合物质量含量为1.0-70.0％，C的质量含量为10.0-98.0％；

2.按照权利要求1所述催化剂，其特征在于：

催化剂中Pt质量含量最优为1.0-5.0％，Nafion聚合物质量含量最优为5.0-20.0％，C的质量含量最优为75.0-94.0％。

3.一种权利要求1或2所述催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

1)碳载体的功能化处理

a.于浓度为3-7mol/L的氧化剂溶液中加入碳载体，搅拌使之形成均匀浆液；

b.将上述浆液加热至共沸，同时对其进行冷凝回流并配合磁力搅拌，4-8小时后，取出，过滤，得固体物质；

c.采用去离子水对上述固体物质进行洗涤，至滤液呈中性后，将所得固体物质置于空气气氛100-140℃下干燥4-8小时，得功能化碳载体；

2)离子交换法制备Pt(NH₃)₂(NO₂)₂-Nafion/C催化剂前体

a.将前驱体盐Pt(NH₃)₂(NO₂)₂溶解于60-80。℃去离子水中，形成前躯体盐溶液；

b.于乙二醇/水混合溶剂中加入Nafion溶液和步骤1)所得功能化碳载体，搅拌使之混合均匀后，逐滴加入前躯体盐溶液；

或于乙二醇/水混合溶剂中加入步骤1)所得功能化碳载体，搅拌使之混合均匀后，逐滴加入前躯体盐溶液，再次搅拌使之混合均匀后，加入Nafion溶液，搅拌使之混合均匀；

或于乙二醇/水混合溶剂中加入Nafion溶液，搅拌使之混合均匀后，逐滴加入前躯体盐溶液，再次搅拌使之混合均匀后，加入步骤1)所得功能化碳载体，搅拌使之混合均匀；

上述最终形成的混合物中Pt元素与碳元素的质量比为2∶1-1∶98，Pt元素与Nafion干树脂的质量比为20∶1-1∶70；

c.保持上述步骤b得到的混合物的温度在60-80℃，并进行搅拌，12-72小时后，采用去离子水洗涤，过滤，得固体物质；

d.将上述步骤c得到的固体物质采用去离子水再次分散，重复上述步骤c3-10次，以去除未反应的前驱体盐Pt(NH₃)₂(NO₂)₂；

e.将上述步骤d所得固体物质于60-90℃条件下，干燥3-6小时，得Pt(NH₃)₂(NO₂)₂-Nafion/C催化剂前体；

3)Pt-Nafion/C催化剂的制备

将Pt(NH₃)₂(NO₂)₂-Nafion/C前体研磨后置于容器中，在氢气气氛中，以1-10℃/min的速率程序升温至150-300℃，并在此温度下处理1-3小时，即得到目标产物Pt-Nafion/C催化剂。

4.如权利要求3所述催化剂的制备方法，其特征在于：所述氧化剂溶液为硝酸、硫酸、高锰酸钾溶液中的一种或几种；所述碳载体为XC-72R、BP2000、乙炔黑、椰壳炭、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨中的一种或几种。

5.如权利要求3所述催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1)a中碳载体与氧化剂溶液中氧化剂的物质的量的比为1∶1-1∶12。

6.如权利要求3所述催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2)a中前躯体盐溶液的终浓度为5-15mol/L。

7.如权利要求3所述催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2)b中Nafion溶液的质量浓度为0.1-10％。

8.如权利要求3所述催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2)b中乙二醇与水的体积比为1∶1-1∶10；功能化碳载体在乙二醇/水混合溶剂中的终浓度为0.5-5mol/L。

9.一种权利要求1或2所述Pt-Nafion-C催化剂的应用，其特征在于：所述Pt-Nafion/C催化剂可作为质子交换膜燃料电池氧还原催化剂或氢氧化催化剂。