[发明专利]一种二氧化硅掺杂/包覆铂碳催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化硅掺杂/包覆铂碳催化剂的制备方法：将Pt/C催化剂溶于超纯水中超声分散均匀，获得Pt/C催化剂悬浊液；调节Pt/C催化剂悬浊液的pH值呈碱性；对Pt/C催化剂悬浊液进行油浴加热并保持搅拌的条件下，逐滴加入正硅酸乙酯溶液和乙醇的混合液进行反应，离心，洗涤，冷冻干燥，高温煅烧，得到二氧化硅掺杂/包覆铂碳催化剂。本发明通过对Pt/C催化剂进行掺杂和包覆二氧化硅，使Pt/C催化剂纳米颗粒有效地保留了其完整的形貌结构，抗磷酸毒化的能力增强；而且，二氧化硅的存在能在高温下吸附部分磷酸，增强了催化剂在高温下的质子传导和电荷转移速率，增加了高温燃料电池的功率密度。

技术领域

本发明属于催化合成技术领域，尤其涉及一种二氧化硅掺杂/包覆铂碳催化剂的制备方法。

背景技术

铂碳催化剂(Pt/C)是将铂负载到碳载体上的一种催化剂，已经被广泛地应用于质子交换膜燃料电池、醇类燃料电池、电解水制氢以及多种化合物的催化加/脱氢反应等领域。

目前，燃料电池特别是高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)中最有效和最常用的催化剂仍然是Pt/C催化剂。但是由于HT-PEMFC中的质子导体为磷酸，易吸附在Pt/C催化剂表面，致使反应物位点被占据，功率密度不高，满足不了大功率运行要求；另一方面，商业化Pt/C催化剂的稳定性差，高温下易发生团聚和奥斯特瓦尔德熟化，减少催化活性位点，从而使Pt/C催化性能降低，一定程度上限制了Pt/C催化剂在HT-PEMFC中的应用。

因此，需要寻求一种新的工艺来减少磷酸吸附毒化，防止Pt/C团聚，保持Pt/C催化剂的高活性、高分散性、长时间稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种二氧化硅掺杂/包覆铂碳催化剂的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种二氧化硅掺杂/包覆铂碳催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将Pt/C催化剂溶于超纯水中超声分散均匀，获得Pt/C催化剂悬浊液；

(2)调节Pt/C催化剂悬浊液的pH值呈碱性；

(3)在对步骤(2)后的Pt/C催化剂悬浊液进行油浴加热并保持搅拌的条件下，逐滴加入正硅酸乙酯和乙醇的混合液进行反应，离心，洗涤，冷冻干燥，高温煅烧，即得到二氧化硅掺杂/包覆铂碳催化剂。

上述的制备方法，优选的，步骤(2)中，调节pH的具体过程为：对Pt/C催化剂悬浊液进行油浴加热并保持搅拌的条件下，加入氢氧化钠溶液，使Pt/C催化剂悬浊液的pH值至10～13。

上述的制备方法，优选的，步骤(3)中，油浴加热的温度为60～80℃，加热时间为6-12h，搅拌的速率为500～700转/分钟。

上述的制备方法，优选的，步骤(3)中，正硅酸乙酯和乙醇的混合液中正硅酸乙酯和乙醇体积比为1：4；正硅酸乙酯和乙醇的混合液的体积与Pt/C催化剂的质量比为(2-10)/100，比值单位为ml/g。

上述的制备方法，优选的，步骤(3)中，高温煅烧时的升温速率为5-10℃/min，高温煅烧的温度为350-380℃，时间为0.5-1h；高温煅烧在惰性气氛中(如氩气等)进行。

上述的制备方法，优选的，步骤(1)中，Pt/C催化剂是采用以下制备方法制备获得的：

S1：将XC-72碳材料或碳纳米管等离子体处理，得到表面清洁且亲水的XC-72碳材料或碳纳米管；

S2：将表面清洁且亲水的XC-72碳材料或碳纳米管分散于乙二醇中，再加入柠檬酸钠搅拌分散均匀；