[发明专利]碳载铂催化剂粉体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳载铂催化剂粉体及其制备方法和应用，所述制备方法包括在氢气气氛下以150‑400℃的温度煅烧碳载铂前驱体粉体，得到碳载铂催化剂粉体。由于单独的铂盐能够在氢气气氛、150‑400℃的温度下发生还原反应，因此，将碳载铂前驱体粉体置于150‑400℃的温度下进行还原处理，能够有效降低铂颗粒的团聚趋势，使得还原后的铂颗粒粒径处于1‑5纳米内，从而保证碳载铂催化剂粉体的活性和稳定性。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种碳载铂催化剂粉体及其制备方法和应用。

背景技术

采用氢气作为燃料的质子交换膜燃料电池（PEMFCs）作为动力的燃料电池汽车（FCEV），具有充气时间短、续航里程长以及零排放等优点，被认为是汽车电动化的终极发展目标。PEMFCs由催化剂、质子交换膜、气体扩散层、双极板等构成，其中阴极氧气还原反应（ORR）和阳极氢气氧化反应（HOR）主要靠催化剂完成。碳载铂（Pt/C）是现阶段应用最广泛的ORR和HOR催化剂，其一般由载体材料，如高比表面积碳，负载铂的纳米颗粒（通常1-5纳米）组成。然而，由于铂的稀有属性，导致碳载铂催化剂粉体价格高昂，通过提高碳载铂催化剂粉体的活性，降低铂的载量是促进FCEV大规模应用的重要手段。

在现有技术中，一般采用铂盐制备碳载铂催化剂粉体，但是，制备的碳载铂催化剂粉体中的铂颗粒存在严重的团聚趋势，导致铂颗粒的粒径较大，使得碳载铂催化剂粉体的活性较弱。另一方面，现有碳载体很少进行前处理，导致制备的Pt/C催化剂在高电位容易发生电化学腐蚀，导致PEMFCs长期稳定性较差。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种碳载铂催化剂粉体及其制备方法和应用，旨在解决现有技术中因铂颗粒存在严重团聚趋势导致碳载铂催化剂粉体的活性较弱的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种碳载铂催化剂粉体的制备方法，包括：

在氢气气氛下以150-400℃的温度煅烧碳载铂前驱体粉体，得到碳载铂催化剂粉体。

本发明提供的另一技术方案为：

一种碳载铂催化剂粉体的制备方法，包括：

对碳材料进行高温石墨化处理，得到碳载体；

对所述碳载体和铂盐进行悬浊液配制处理，得到前驱体悬浊液；

对所述前驱体悬浊液进行喷雾干燥处理，得到碳载铂前驱体粉体；

对所述碳载铂前驱体粉体进行氢气热还原处理，得到碳载铂催化剂粉体，其中，所述氢气热还原处理包括：在氢气气氛下以150-400℃的温度煅烧所述碳载铂前驱体粉体。

其中，所述氢气浓度为2vl%-20vl%。

其中，所述对碳材料进行高温石墨化处理的步骤包括：

将碳材料置于高温碳化炉中，在惰性气体保护下，以10-15℃/min的升温速率升至1000-2000℃并煅烧1-10h，之后冷却至室温，再进行研磨。

其中，对所述碳载体和铂盐进行悬浊液配制处理的步骤包括：

将所述碳载体加入第一分散剂中，得到碳载体悬浊液；

将铂盐加入第二分散剂中，得到铂盐溶液；

将所述碳载体悬浊液和所述铂盐溶液混合，得到前驱体悬浊液；其中，所述第一分散剂和所述第二分散剂为同一分散剂。

其中，对所述前驱体悬浊液进行喷雾干燥处理的步骤包括：

将所述前驱体悬浊液在流量为6.0-15.0ccm、进口温度为60-150℃、喷雾气压为0.1-1.0MPa的条件下喷出，并在热气流的作用下干燥。