[发明专利]一种提高碳载型铂基催化剂活性的方法

说明书

技术领域

本发明属于复合新材料技术领域，涉及一种提高碳载型铂基催化剂活性的方法，主要用于甲醇燃料电池中的氧还原催化反应中。 

背景技术

燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料电池具有发电效率高、环境污染少等优点，而成为一种比较理想的发电技术。然而制约燃料电池发展和应用的关键因素是用于阴极氧还原反应催化剂。目前，用作阴极氧还原催化剂的原料主要是碳载型铂基催化剂。但是，碳载铂基催化剂的性能直接影响着催化甲醇的反应中对甲醇氧还原活性、抗甲醇中毒能力和稳定性，进而影响燃料电池的效率和使用寿命。因此，提高碳载铂基催化剂的性能具有十分重要的意义。 

发明内容

本发明的目的是提供一种提高碳载铂基催化剂活性的方法。

本发明提高碳载型铂基催化剂活性的方法，是将铂基催化剂超声分散于浓硫酸（质量浓度为70～98%）中，在20～80℃下浸渍处理20～60 min；然后用二次去离子水洗涤至中性，40～80℃下干燥，即得到了高活性的铂基催化剂。

所述铂基催化剂为利用传统的多醇还原法或有机溶胶法制备的铂基催化剂。

下面对浓硫酸处理过的碳载铂基催化剂的性能测试进行分析。

图1为未活化碳载铂基催化剂与活化后的碳载铂基催化剂的XRD图。从图1可以看出，经过活化处理后的碳载铂基催化剂的粒径明显变小。

图2为未活化碳载铂基催化剂与活化后的碳载铂基催化剂的CV曲线图。从图2中可以看出，在浓H₂SO₄的作用下，铂 (111)晶面的活性位增多了，因为在铂 (111)晶面上H的脱附峰面积有了明显的增加，而所有晶面的活性面积增加了7.5 m² g^-1。

图3为未活化碳载铂基催化剂与活化后的碳载铂基催化剂的CO曲线图。从图3可看出，被浓H₂SO₄活化处理后的碳载铂基催化剂的CO 脱附峰活性面积增大了12 m²g^-1。

图4为未活化碳载铂基催化剂与活化后的碳载铂基催化剂在甲醇中CV曲线图。比较两种铂基催化剂的峰电流，结果是活化后铂基催化剂的峰电流是未活化铂基催化剂的峰电流两倍，而且起始电位也靠前，因此用浓硫酸活化后活性明显增强。

图5为未活化碳载铂基催化剂与活化后碳载铂基催化剂的CA曲线图。由图5可知，未活化碳载铂基催化剂稳定性是δ_{t≥500 s(%)}=75 ，浓H₂SO₄活化后的碳载铂基催化剂δ_{t≥500 s(%)}=80。说明经浓硫酸活化处理后的碳载铂基催化剂的稳定性明显增强。

综上所述，本发明利用浓H₂SO₄的强氧化性和脱水性，氧化清除吸附在铂基催化剂表面的杂质，从而使得铂基催化剂的表面暴露出更多的活性位点，从而有效提高了铂基催化剂的性能。与未处理的铂基催化剂相比较，经浓硫酸处理的碳载铂基催化剂在催化甲醇的反应中表现出更强的活性，更强的抗一氧化碳、甲酸、甲醛等中间产物的中毒能力，更具稳定性，因而有效提高了燃料电池的效率和使用寿命。

附图说明

图1为未活化碳载铂基催化剂与活化后的碳载铂基催化剂的XRD图。

图2为未活化碳载铂基催化剂与活化后的碳载铂基催化剂的CV曲线图。

图3为未活化碳载铂基催化剂与活化后的碳载铂基催化剂的CO曲线图。

图4为未活化碳载铂基催化剂与活化后的碳载铂基催化剂在甲醇中CV曲线图。

图5为未活化碳载铂基催化剂与活化后的碳载铂基催化剂后的 CA曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的浓H₂SO₄优化催化剂的制备方法做进一步说明。

实施例１：称取20 mg PtRu/C催化剂，加入到2 mL浓H₂SO₄（98%），超声至催化剂分散均匀；置于室温下浸渍30 min；抽滤，用二次去离子水洗涤至中性，在60℃烘箱中烘干。进行电化学性能测试：其脱氢峰面积为31.7 m²g^-1，CO脱附峰的面积为20.9 m²g^-1。