[发明专利]一种铂碳催化剂、其制备方法及在燃料电池阴极催化剂的应用

说明书

本发明公开了一种铂碳催化剂、其制备方法及在燃料电池阴极催化剂的应用，包括：1)配制糖的水溶液，调节pH值至5～9，然后采用该溶液进行水热碳化反应，干燥，得到碳载体材料；2)配制葡萄糖和铂前驱体的混合溶液，对该混合溶液加热；3)加入碳载体材料的分散液，调节pH值至3～10，升温，反应；4)冷却并分离反应产物，得到铂碳催化剂前驱体；5)煅烧，得到铂碳催化剂。本发明其以廉价的糖类为前驱体制成的碳载，无需预处理，能很好分散纳米铂粒子，制备出的催化剂对于氧还原的催化性能优于商业铂碳催化剂。而且，本发明的反应绿色、制备工艺简单，适合于工业化的生产，在燃料电池催化剂领域有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于燃料电池阴极催化剂的合成技术领域，涉及一种铂碳催化剂、其制备方法及在燃料电池阴极催化剂的应用。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量转换效率高、功率密度高、运行温度低污染小等优点，被认为是理想的清洁能源转化装置，是绿色新能源汽车的动力首选能源。其中催化剂是质子交换膜燃料电池的关键性材料。

目前，很多铂碳催化剂合成时采用商业化碳黑、碳纳米管等做为碳载体，但其本较高、大多品牌依赖进口，并且在使用前需要预处理，经常利用浓酸、氧化剂等危险化学品进行处理，步骤繁琐，不但浪费时间、污染环境，而且危化品操作起来也易出现安全问题。除此之外，在制备铂碳催化剂的过程中很多方法大量使用有机溶剂，造成严重环境污染，违背燃料电池作为绿色能源的初衷。例如，CN 1404179A公开了一种铂/多壁纳米碳管电催化剂及其制备方法，其制备方法通过碳载体活化预处理和液相浸渍法，通过控制碳纳米管悬浮液的吸附条件、产物的洗涤条件以及合成后电催化剂的热处理条件制备出Pt/MWCNTs电催化剂。在碳载活化预处理方法用20-30％的双氧水进行预处理，处理时间12-24小时，处理后又用乙醇抽提12小时，真空干燥后待用。该专利使用了预处理步骤，而且涉及到了强氧化剂的使用。CN 103990491 A公开了一种以富勒烯花球为载体的燃料电池催化剂的制备方法，没有用到常规的导电碳黑、碳纳米管和石墨烯等，但是在合成过程用到大量的有机溶剂，包括异丙酯基苯甲醛、甲苯、氯仿、正己烷等，对环境造成极大污染，违背了燃料电池是绿色能源的初衷。CN 101826623A公开了一种质子交换膜燃料电池Pt/Ru/C催化剂的制备方法，先用硫酸、硝酸或双氧水将碳载体回流6～12h活化预处理后备用，再将氯铂酸和氯化钌与有机溶剂混合，而后加入预处理的碳载体，再经间歇微波处理后，过滤、洗涤、真空干燥，得到Pt-Ru/C催化剂。该方法可精确的控制催化剂的粒径及组分比例，但是，在碳载体活化预处理时用到硫酸、硝酸、双氧水回流6-12小时，不仅耗时长，而且危险还产生大量氮氧化物等有害气体。

因此，开发环保、简单的合成方法对推动燃料电池的发展意义深远。

发明内容

为了克服现有技术不足，本发明的目的在于提供一种铂碳催化剂、其制备方法及在燃料电池阴极催化剂的应用。本发明以廉价的糖类为前驱体制成的碳载，无需预处理，能很好分散纳米铂粒子，以葡萄糖作为还原剂制备出的铂碳催化剂对于氧还原的催化性能优于商业铂碳催化剂。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种铂碳催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)配制糖的水溶液，调节pH值至5～9，然后采用该溶液进行水热碳化反应，干燥，得到碳载体材料；

(2)配制葡萄糖和铂前驱体的混合溶液，对该混合溶液加热；

(3)向步骤(2)加热所得混合溶液中加入碳载体材料的分散液，调节pH值至3～10，升温，反应；

(4)冷却并分离反应产物，得到铂碳催化剂前驱体；

(5)煅烧，得到铂碳催化剂。