[发明专利]一种碳负载铂基合金催化剂的制备方法

说明书

本发明提供了一种碳负载铂基合金催化剂的制备方法，将含铂的前驱体化合物、含过渡金属的前驱体化合物的水溶液中，加入碳载体；再经冰浴中调节pH值——迅速冰冻干燥——还原气氛中热处理——后处理制得。本发明制备得到的催化剂，合金态良好，催化活性超过普通铂碳催化三倍以上，本发明制备方法中完全不使用表面活性剂，减少化学试剂的使用，将更有利于工业生产。

技术领域

本发明涉及一种贵金属催化剂的制备方法，特别涉及一种碳负载铂基合金催化剂的制备方法。

背景技术

目前在燃料电池中的核心材料——催化剂仍普遍采用碳负载贵金属铂这类型催化剂，随着氢能燃料电池的示范应用，特别是在交通公具领域中的推广应用，燃料电池的需求量增加，对贵金属铂的消耗量增加，因此对于在不降低性能甚至性能还需提高的条件下，降低铂的用量始终是技术的方向。采用碳负载的贵金属铂与其它非贵金属形成的铂基合金是目前替代方案中应用比较多的，其制备方法也多采用液相还原法，如中国专利申请1026106298155公开了一种制备纳米铂镍合金的方法。但目前铂基合金类催化剂由于制备方法的制约，不能形成具有良好催化活性的铂基合金，而使得其仍不能满足其在燃料电池中的使用。

发明内容

本发明旨在提供一种可形成具有良好催化活性的碳负载铂基合金催化剂的制备方法。本发明通过以下方案实现。

一种碳负载铂基合金催化剂的制备方法，按下述步骤依序进行：

（Ⅰ）将含铂的前驱体化合物、含过渡金属的前驱体化合物的水溶液中，加入碳载体，获得混合均匀的浆液；

（Ⅱ）将第Ⅰ步制得的混合浆液置于在冰浴中，在搅拌条件下，冷却混合浆液，至-2℃~1℃；

（Ⅲ）用强碱溶液在第一指定时间快速调节第Ⅱ步经冷却的混合浆液的pH值为12~14，所述的第一指定时间为不大于5分钟；

（Ⅳ）将第Ⅲ步制备的浆液在第二指定时间内快速冰冻，之后再冷冻干燥；所述第二指定时间为不大于2分钟；

（Ⅴ）将第Ⅳ制得的经冷冻干燥后的铂基合金前驱体置于还原气氛中于温度为500~800℃热处理6小时以上。

为制得品质更佳的合金催化剂，将经所述第Ⅳ步后的产物经酸洗——抽滤——真空干燥的后处理，制得最终产品。

在第Ⅱ步混合浆液冷却至冰点附近后的第一指定时间若在3分钟以内，形成合金的均匀性更佳。

而在完成第Ⅲ步的调节pH值后，需在第二指定时间以内将混合浆液置于冰冻环境中，而这个一定时间特别受到限制，时间越短，合金催化剂的性能越佳，实验中发现，较2分钟更宜的时间上限为1分钟。

为使催化剂使用性能，第Ⅰ步中，含铂的前驱体化合物与含过渡金属的前驱体化合物的摩尔比为（1~4）:1，含铂的前驱体化合物中铂与加入的碳载体与的质量比为40%~60%。含铂的前驱体化合物为氯铂酸、氯亚铂酸钾、氯亚铂酸、氯亚铂酸钠、氯铂酸钾、氯铂酸钠中的一种；所述含过渡金属的前驱体化合物为铁、钴、镍或铜的氯化物、硫酸盐或乙酸盐中的一种或多种。

第Ⅳ步的将混合浆液置于冰冻环境中，采用液氮冷冻方式更宜。

第Ⅴ步中的还原气氛为氢气、氢气与氮气、氢气惰性气体的混合气体等。

与现有技术相比，本发明的优点如下：