[发明专利]一种载于碳上的催化剂的制作方法

说明书

本发明涉及电化学催化剂领域，特别涉及一种载于碳上的催化剂的制作方法,包括以下步骤:(i)在一酸性水溶液中调整化学参数而形成一不溶的铂氧化物，所述水溶液包含浮悬碳载体粒子浆液，而致铂氧化物附着于碳粒子上；(ii)所述水溶液的pH控制在1.5～5.5，温度控制在35℃～95℃；(iii)所述附着的铂氧化物在溶液中用还原剂在不同条件下还原，所述还原剂为N₂H₂,NaBH₄,NaH₂PO₂,HCHO,H₂C₂O₄；(iv)将步骤(iii)得到的产物过滤及干燥。采用一种载于碳上的催化剂的制作方法,可制作各种不同附载量，如5％或95％Pt/C(重量百分比)等，其中铂粒子小且在碳载体上分部均匀，有很高的总表面积，因此活性很高。

技术领域

本发明涉及电化学催化剂领域，特别涉及一种载于碳上的催化剂的制作方法。

背景技术

催化剂的制作方法有数种。一种早期的方法是如美国专利3,992,512及4,059,541，用亚硫酸根铂错合物做前驱物。此方法先合成H₃Pt(SO₃)₂OH，然后与过氧化氢作用产生一种胶体，这胶体粒子可被吸附于碳上或留在溶液中，最后还原(如用N₂H₂或氢气)成铂粒子。此方法在合成过程中要不断控制pH,而且做出的铂粒子一般偏大，且在碳载体上分布不均匀，且硫不易除干净，对催化剂性能有负面影响。

另外一条路径是用S₂O₃^2-还原氯铂酸，H₂PtCl₆,在有碳载体的情形下，使形成的胶体铂粒子吸附于碳载体上，但此吸附复杂而难重现，而当铂载量高时，尤其难实现。因此反应甚慢，很容易形成大粒子，粒子总面积小，且在碳载体上分布也不均匀，性能不好。

在另一方法中，铂催化剂粒子是先沉淀金属氢氧化物，然后还原。例如专利US4,392,927中，将铂的前驱物加进碳酸钠溶液中使其沉淀，最后再还原。但此中间物金属氢氧化物没有固定组成，一般重现性不好，而且在溶液中其形成也不均匀，结果最终的催化剂粒子很不均匀，性能不佳。

在准备铂催化剂方法中有用错合物与还原剂结合来合成的。如专利US8012905B2中氯铂酸(H₂PtCl₆)是铂前驱物，乙二醇是配基(ligand)也是还原剂.在140摄式度下，铂粒子形成，且被乙二醇保护而防止聚合成大粒子。该专利也用乙醇/水作溶剂与还原剂,polyvinyl pyrrolidone(PVP)当配基在90摄式度下反应，得到性能稍差的催化剂。如专利所述，这种方法需要很长时间的洗涤将氯离子洗到300ppm,还达不到工业要求。而且残留在催化剂中的乙二醇及PVP还会影响性能。在文献Catalysis Letters volume 129,pages1–6(2009)中，作者Jeong Y.Park等用数种氮及硫配基来防止铂粒子聚合成大粒子。前驱物是K₂PtCl₄，还原剂是NaBH₄,在50摄式度水溶液中进行。如此做成的铂粒子很大(12nm),且配基很难除掉，要用紫外光才能除掉，这在大量生产很难做到。

发明内容

为解决上述背景技术中的问题，本发明提供一种载于碳上的催化剂的制作方法，包括以下步骤:

(i)在一酸性水溶液中调整化学参数而形成一不溶的铂氧化物，所述水溶液包含浮悬碳载体粒子浆液，而致铂氧化物附着于碳粒子上；

(ii)所述水溶液的pH控制在1.5～5.5，温度控制在35℃～95℃；