[发明专利]一种室温氢气液相还原制备电催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池电催化剂领域，具体涉及一种室温氢气液相还原制备电催化剂的制备方法。

背景技术

在燃料电池中，电催化剂扮演着电化学反应“工厂”的作用，是电池中的核心材料，电催化剂的研制是燃料电池的关键之一。贵金属铂、钯、或者铂钯合金对氢气、甲酸、甲醇、乙醇等燃料分子的氧化反应以及氧化还原反应均具有非常高的催化活性，因此现阶段商业和实用的电催化剂绝大部分为碳载铂或者碳载钯电催化剂。商业化电催化剂必须保证粒径足够小、且在碳载体上分散均匀，以保证最大限度的利用贵金属活性组分。

电催化剂制备方法有很多，最常用的有浸渍还原法和多元醇还原法。固相浸渍还原法是首先将贵金属前驱体与碳载体浸渍，干燥研磨后，高温（一般大于200℃）在管式炉中通氢气还原，这种方法能耗高，且贵金属在碳载体上分布不均匀；液相浸渍还原法是首先将贵金属前驱体与碳载体浸渍，然后加入硼氢化物、甲酸等强还原剂室温还原，这种方法虽然简单、快速且无能耗，但是所制备的电催化剂粒径大、且粒径分布不均匀。多元醇还原法是使用乙二醇等多元醇同时作为溶剂和还原剂，加热（120~160℃）3~8小时,将贵金属前驱体还原为电催化剂，由于多元醇同时起保护剂的作用，这种方法所制备的电催化剂粒径小且分散均匀，其缺点是能耗高，且乙二醇等多元醇在反应过程中本身氧化，不能回收利用，成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制备过程低能耗、简单、环保、快速、成本低廉，易于实现批量工业化生产的贵金属电催化剂的制备方法。

本发明通过以下技术方案实现。

一种室温氢气液相还原制备电催化剂的制备方法，具体步骤如下：

1）将贵金属前驱体溶于纯乙二醇溶剂或者乙二醇和水的混合溶剂中，与碳载体交替超声、搅拌成悬浊液，调节pH值为9~10；

2）然后室温下，往悬浊液中通入氢气1~10分钟；

3）最后抽滤，将滤饼洗涤干净，真空干燥，研磨后得到碳载燃料电池贵金属电催化剂；

所述贵金属前驱体为铂或钯或铂钯混合前驱体；所述乙二醇和水的体积比为1:9~9:1；所述碳载燃料电池贵金属电催化剂中贵金属活性组分质量占电催化剂质量的10~40%；所述碳载体为XC-72碳载体或者碳纳米管。

进一步地，所述贵金属前驱体为氯铂酸、氯铂酸钾、氯铂酸钠、氯钯酸、氯钯酸钠和氯钯酸钾中的一种或多种。

与现有技术先比，本发明具有如下优点与技术效果：

1、本发明还原反应制备过程在室温下进行，无需能耗，且反应时间短（还原反应仅需1~10分钟），显著降低了制备过程的成本；

2、本发明使用的乙二醇为溶剂，本身不参与反应，可以回收利用，与通常的多元醇还原法完全不同；

3、本发明制备的电催化剂粒径小且在碳载体上分散均匀。

附图说明

图1是实施例1制备的铂电催化剂的电镜照片。

图2是实施例2制备的钯电催化剂的电镜照片。

图3是实施例3制备的铂电催化剂的电镜照片。

具体实施方式

实施例1

将74mg氯铂酸钾溶于50ml乙二醇中，然后加入120mgXC-72碳载体，交替超声、搅拌成均匀墨汁状悬浊液，调节悬浊液的pH值为9.5；然后室温通入氢气10分钟；最后抽滤，将滤饼洗涤干净，真空干燥，研磨后得到碳载燃料电池铂电催化剂，电催化剂中铂的质量比为20%。图1为所制备的铂电催化剂的透射电镜照片，铂的平均粒径为3.1nm。

实施例2

将111mg氯钯酸钠溶于75ml乙二醇中，然后加入60mgXC-72碳载体，交替超声、搅拌成均匀墨汁状悬浊液，调节悬浊液的pH值为9.0；然后室温通入氢气1分钟；最后抽滤，将滤饼洗涤干净，真空干燥，研磨后得到碳载燃料电池钯电催化剂，电催化剂中钯的质量比为40%。图2为所制备的钯电催化剂的透射电镜照片，钯的平均粒径为3.6nm。

实施例3

将40mg六水合氯铂酸溶于50ml体积比为1:1的乙二醇和水的混合溶剂中，然后加入135mg碳纳米管，交替超声、搅拌成均匀墨汁状悬浊液，调节悬浊液的pH值为10.0；然后室温通入氢气6分钟；最后抽滤，将滤饼洗涤干净，真空干燥，研磨后得到碳纳米管负载的燃料电池铂电催化剂，电催化剂中铂的质量比为10%。图3为所制备的铂电催化剂的透射电镜照片，铂的平均粒径为2.0nm。