[发明专利]一种铂黑的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铂黑的制备方法，具体涉及一种燃料电池用铂黑的制备的方法。

背景技术

近年来，对质子交换膜燃料电池催化剂的研究相当活跃，催化剂种类繁多，但就催化活性和稳定性来说，最有实用前途的还是铂基催化剂，铂黑是燃料电池用常用的电催化剂。庄信万丰开发的燃料电池用铂黑催化剂在国内外占有很大的市场，但工艺技术严格保密。目前，有关铂黑的制备方法公开报道较少。中国专利CN 102794171 B公开了一种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，包括催化剂前驱体-金属羰基簇合物的合成、氧化镁的注入、催化剂中间体的热处理、氧化镁的溶解以及催化剂后处理步骤，得到粒径在2nm到20nm、且粒子大小分布窄的铂黑/铂钌黑纳米电催化剂。清华大学的研究人员提出采用柠檬酸三钠为稳定剂和保护剂，在液相条件下以NaBH₄为还原剂制备了铂黑催化剂，粒径为3.7nm。福尔杰法、维尔施太滕法将氯铂酸在碱性条件下采用甲醛还原制备出铂黑。清华大学与中南大学的研究采用微乳法在正庚烷/Triton X-100/正己醇/水体系合成了一系列Pt黑催化剂，平均粒径可控制在2～4nm。熔融还原法是将氯铂酸盐中加入少量的水后，与NaNO₃混合，升温至500℃熔融，然后将熔融物倒入水中煮沸、洗涤，得到棕色PtO₂，再通过氢气还原，得到铂黑。中国专利公开了一种铂黑的制备方法(专利申请号：201310396095.9)，将石墨化氮化碳g-C₃N₄溶解在去离子水中，超声分散，调节溶液的pH值至3～5，通入氮气，同时加入氯铂酸溶液，利用氙灯光源进行紫外光光照，产物煅烧后获得铂黑，尺寸大多在10nm左右。

发明内容

本发明的目的是针对燃料电池用铂黑现有制备技术存在的问题，提出了一种大比表面积的铂黑的制备方法，采用真空熔炼-水淬-硝酸溶铜等工艺制备大比表面积铂黑。

为实现上述目的，本发明的技术方案：

(1)真空熔炼：将金属铜与金属铂按一定的摩尔比加入到氧化铝坩埚中，置于真空高频炉中进行熔炼；

(2)水淬：将步骤(1)所得的混合金属熔体快速倒入水中进行水淬；

(3)酸溶：将步骤(2)所得的固体产物采用硝酸搅拌溶解，使铜充分溶出；

(4)洗涤、干燥：将步骤(3)所得酸不溶物充分洗涤、干燥后，获得铂黑粉末产品。

本发明有益效果：本发明采用真空熔炼、水淬、酸溶等联合的方法制备铂黑，高温熔体通过水淬急剧冷却，避免了冷却过程有序相——铜-铂连续固溶体合金的形成，形成易于酸溶的无序相产物，再通过酸溶，使铜充分溶出，产物采用去离子水、无水乙醇、丙酮充分洗涤多次，然后通过真空干燥或惰性气体流干燥，防止了铂黑粉末团聚问题，获得分散性好的铂黑产品。本发明工艺流程简单，易于实施，铂黑的比表面积大于30m²/g，适合用作燃料电池电催化剂。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考实施例对发明进行进一步详细描述及验证其效果。

实施例1，参见附图1，将金属铜(纯度99.95％)与金属铂(纯度99.95％)按摩尔比Cu:Pt＝3:1加入到氧化铝坩埚中，置于真空高频炉中熔炼80min，将熔体快速倒入水中进行水淬，分离出固体产物，然后将固体产物采用20％的硝酸搅拌溶解5h，使铜充分溶出，过滤分离后，依次采用去离子水、无水乙醇、丙酮分别洗涤10次后，在50℃下采用真空干燥24h后，获得铂黑粉末产品，取样测定其比表面积为30.7m²/g。

实施例2，参见附图1，将金属铜(纯度99.95％)与金属铂(纯度99.95％)按摩尔比Cu:Pt＝5:1加入到氧化铝坩埚中，置于真空高频炉中熔炼60min，将熔体快速倒入水中进行水淬，分离出固体产物，然后将固体产物采用30％的硝酸搅拌溶解6h，使铜充分溶出，过滤分离后，依次采用去离子水、无水乙醇、丙酮分别洗涤10次后，在50℃下在氮气流中干燥8h后，获得铂黑粉末产品，取样测定其比表面积为31.8m²/g。

实施例3，参见附图1，将金属铜(纯度99.95％)与金属铂(纯度99.95％)按摩尔比Cu:Pt＝5:1加入到氧化铝坩埚中，置于真空高频炉中熔炼60min，将熔体快速倒入水中进行水淬，分离出固体产物，然后将固体产物采用20％的硝酸搅拌溶解8h，使铜充分溶出，过滤分离后，依次采用去离子水、无水乙醇、丙酮分别洗涤10次后，在50℃下采用真空干燥24h后，获得铂黑粉末产品，取样测定其比表面积为32.2m²/g。