[发明专利]一种催化剂及其制备方法

说明书

本申请提供一种催化剂及其制备方法，属于催化剂的制备技术领域。该制备方法包括：将载量为1‑10％的金属催化剂颗粒和金属前驱体溶液混合形成浆液，向浆液中通入还原性气体，使金属前驱体中的金属离子被还原成金属单质并负载在金属催化剂颗粒上。此制备方法可以加快催化剂的制备速率，且在浆液中使用气体还原金属离子，可以使还原得到的金属单质均匀地负载在金属催化剂颗粒的表面，从而使催化剂颗粒较为均匀，催化剂的衰减周期变长，延长催化剂的使用寿命。

技术领域

本申请涉及催化剂的制备技术领域，具体而言，涉及一种催化剂及其制备方法。

背景技术

燃料电池中的催化剂大多为铂系催化剂，例如：Pt/C催化剂。现有技术中，Pt/C催化剂的制备方法可以是氢气还原法，其具体为：将碳载体和铂前驱体溶液通过球磨的方法混合均匀，然后进行冷冻干燥，使铂前驱体负载在碳载体上，然后在温度为100℃以上(一般为300-600℃)的条件下通入氢气，通过氢气将铂前驱体中的铂金属离子还原成铂单质，从而得到Pt/C催化剂。

发明内容

发明人研究发现，由于氢气在水中的溶解度很小，所以，现有技术中为了对铂金属离子进行还原，通常的方法是先对混合浆液进行冷冻干燥，冷冻干燥后的铂前驱体负载在碳载体，铂前驱体为固态，在温度较高的条件下(例如：300-600℃)通入氢气，对铂金属离子进行还原。由于铂前驱体为固态，其在碳载体上的分布不均匀，氢气与铂前驱体固气接触，经过氢气还原以后，形成在碳载体上的Pt单质分布不均匀，使催化剂的活性受到影响。

本申请的目的在于提供一种催化剂及其制备方法，可以还原性气体通入浆液中对金属离子进行还原。

第一方面，本申请提供一种催化剂的制备方法，包括：将载体和金属前驱体溶液混合形成浆液，向浆液中通入还原性气体，使金属前驱体中的金属离子被还原成金属单质并负载在载体上。

发明人研究发现，并不是还原性气体溶解在浆液中才能够将浆液中的金属离子还原。将还原性气体通入到浆液中，还原性气体在浆液中鼓泡，会形成气液膜，气液膜的位置处可以使金属离子被还原成金属单质，可以不需要还原性气体溶解的情况下就能够将金属离子还原，从而在还原性气体不溶的浆液中也能够对浆液中的金属离子还原，降低了还原性气体还原法的反应温度，节约能源。同时，由于金属离子均匀分布在浆液中，可以使金属离子被还原以后，均匀地负载在载体上，从而使得到的催化剂颗粒更加均匀，延长催化剂的衰减周期和使用寿命。

在一种可能的实施方式中，通入还原性气体的速率保持在a±10ml/min，a的范围为100-500ml/min。还原性气体的通入速率较为均匀，可以将使气液膜的大小控制均匀，从而进一步提高催化剂颗粒的均匀性，以便进一步延长催化剂的衰减周期和使用寿命。

可选地，浆液的温度为40-80℃。本申请中，浆液的温度控制在上述范围之内，可以提高催化剂的制备效率。

可选地，金属前驱体包括Pt前驱体、Ag前驱体和Pb前驱体中的一种或多种，载体为碳载体，还原性气体为氢气。该金属离子容易被氢气还原，可以使氢气与浆液气液膜接触的时候，能够很好地对金属离子还原。

可选地，在浆液中添加碱，使浆液的pH值在11-12范围内，碱为NaOH或/和Na₂CO₃。在浆液中添加碱，使浆液的pH值在上述范围之内，在相同载量的情况下，可以减小催化剂颗粒的粒径，从而使催化剂的比表面积增大，催化剂的性能更佳。

第二方面，本申请提供一种催化剂，由上述制备方法制备得到。催化剂的颗粒更加均匀，金属单质能够均匀地负载在载体上。

第三方面，本申请提供一种催化剂的制备方法，包括：将载量为1-10％的金属催化剂颗粒和金属前驱体溶液混合形成浆液，向温度大于0℃小于100℃的浆液中通入还原性气体，使金属前驱体中的金属离子被还原成金属单质并负载在金属催化剂颗粒上。