[发明专利]一种牺牲氧化镁载体制备铂黑/铂钌黑纳米电催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一类质子交换膜燃料电池用铂黑/铂钌黑纳米电催化剂的制备方法，属于能源、催化剂相关技术领域。

背景技术

质子交换膜燃料电池由于具有能量密度高、能源转换效率高、低污染、工作温度低等优点，成为新能源领域的研究热点。目前，为减轻汽车对汽油的依赖，各国纷纷投入研发新能源汽车电池，其中以氢为燃料、真正实现零排放的氢燃料电池汽车，被公认为是解决当今交通能源和环境问题的最佳方案之一，是各国车企重点攻关的关键。在刚刚结束的2010年上海世博会上就有上百辆氢燃料电池车在园区示范运营。同时，随着便携式电子产品的发展，人们对其电池使用寿命也提出高要求，以甲醇等有机小分子为燃料的燃料电池由于能量密度高、燃料携带方便等优点，作为移动电源也吸引了国内外研究机构的浓厚兴趣。2009年东芝公司正式向消费市场推出了第一款实用化的便携式直接甲醇燃料电池Dynario。但是，要实现质子交换膜燃料电池的产业化，还需要在提高电池性能和降低成本上努力。

纳米电催化剂的催化活性低、极化过电位高是影响质子交换膜燃料电池性能的重要原因之一。当前铂基纳米电催化剂是使用最广泛的电催化剂，其活性和稳定性与催化剂的粒子大小、粒径分布、结构等密切相关。而催化剂的粒子大小、粒径分布、结构等取决于催化剂的制备方法。特别是对于铂黑/铂钌黑纳米电催化剂，由于金属纳米粒子间很强的亲和力，容易团聚，制备困难。现今文献中关于铂黑/铂钌黑纳米电催化剂的制备并不多见。主要有：吴韬等以柠檬酸三钠为稳定剂和保护剂，以NaBH₄为还原剂，制备了粒径为3.7nm的铂黑催化剂（吴韬，谢晓峰，郭建伟，王要武，唐有根，清华大学学报(自然科学版，2008年第48卷第6期）；蒋庆来等采用微乳法在正庚烷/Triton X-100/正己醇/水体系合成铂黑催化剂，粒径范围在2~4nm（蒋庆来，王要武，王树博，郭建伟，谢晓峰，唐有根，电源技术，2007年第31卷第8期）；还有Basf Fuel Cell公司的Yu-Min Tsou等报道他们采用新的合成技术（HP-Ⅱ）合成了铂黑催化剂，Pt粒径从2002年的5.3nm减小至2005年的3.5nm（Yu-Min Tsou,Lixin Cao,Emory De Castro,213th ECS Meeting,Abstract#323,2008）。本发明拟通过金属簇合物途径，将金属羰基簇合物负载在氧化镁上，再将氧化镁溶解，得到粒径小、粒径分布范围窄的铂黑/铂钌黑纳米电催化剂。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于金属羰基簇合物途径制备铂黑/铂钌黑纳米电催化剂的方法。

为了实现上述目的及其他相关目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明的牺牲氧化镁载体制备铂黑/铂钌黑纳米电催化剂的方法，为基于金属羰基簇合物途径制备铂黑/铂钌黑纳米电催化剂的方法，包括催化剂前驱体—金属羰基簇合物的合成、氧化镁载体的注入、催化剂中间体的热处理、氧化镁的溶解以及合适的催化剂后处理等步骤。

上述铂黑/铂钌黑中的“/”代表“或”的意思。

本发明的牺牲氧化镁载体制备铂黑/铂钌黑纳米电催化剂的方法，具体包括如下步骤：

（1）、催化剂前驱体—金属羰基簇合物的合成：

称取一定量的含Pt化合物或者称取一定量的含Pt化合物和含Ru化合物溶解在甲醇、乙醇和丙酮中的一种或多种溶剂，获得溶解有金属离子的溶液；向溶解有金属离子的溶液中加入一定量的碱性物质，并控制溶液的pH值为7.5—14，获得碱性溶液体系；再向该碱性溶液中通入惰性气体、一氧化碳气体或它们的混合气体移走该碱性溶液体系中的空气，然后在一氧化碳或者一氧化碳和惰性气体的混合气体形成的气氛下于室温—80°C反应20分钟—36小时，得到金属羰基簇合物溶液A。

优选的，步骤（1）中，所述含Pt化合物可选自氯化物、硝酸盐等，含Ru化合物可选自氯化物。

进一步的，所述含Pt氯化物选自Na₂PtCl₆·6H₂O；所述含Pt硝酸盐选自Pt(NO₃)₂；含Ru氯化物选自RuCl₃。

较佳的，步骤（1）中，称取一定量的含Pt化合物和含Ru化合物时，含Pt化合物中的Pt和含Ru化合物中的Ru的摩尔比为1：（0.1-1.5）。优选的，所述含Pt化合物中的Pt和含Ru化合物中的Ru的摩尔比为1：（0.8-1.2）。