[发明专利]一种燃料电池用高负载量铂炭催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池用高负载量铂炭催化剂的制备方法。主要涉及解决高负载量铂炭催化剂在制备过程中由于活性组分铂易团聚、分散不均匀而导致催化剂在长时间使用过程中活性降低，耐久性差的问题。本发明采用添加竞争吸附剂，定位螯合剂，通过将铂前驱体化合物分批次加入载体炭黑中，后用两步还原法，得到了分散均匀，铂粒径均一，催化活性好的高负载量铂炭催化剂。用循环伏安法的电化学方法测试该催化剂在氧气中的催化活性，结果显示，所制备的高负载量铂炭催化剂具有很高的氧还原活性和耐久性。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池用高负载量铂炭催化剂的制备方法，该催化剂特别适用于质子交换膜燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种具有高能量密度、高效率、低碳环境友好的新型能源体系，目前商业上常使用铂炭催化剂。虽然现在很多科学家在研发低铂催化剂和非铂催化剂，但高负载量铂炭催化剂一直以来都是商用燃料电池车的首选催化剂。在高负载量铂炭催化剂的制备过程中，如何解决活性组分铂易团聚、分散不均匀而导致催化剂在长时间使用过程中活性降低、耐久性差的问题仍然是当前普遍存在的问题。

发明内容

本发明人要解决的技术问题是提供一种燃料电池用高负载量铂炭催化剂的制备方法，主要解决高负载量铂炭催化剂在制备过程中活性组分易团聚、分散不均匀和催化剂在长时间使用过程中活性降低以及耐久性差的问题。

本发明中所提到的乙酸钠，是铂前驱体的分散剂和竞争吸附剂，因其与铂前驱体醋酸四氨合铂有相同的基团，更利于铂前驱体在在载体上的分散。此外，乙酸钠在稳定纳米颗粒和限制其生长方面也发挥了重要作用。

本发明中所提到的铂前驱体为醋酸四氨合铂，其中铂为二价，该前驱体极易溶于水和各种有机溶剂。醋酸四氨合铂属于无氯配体前驱体，较常用的氯铂酸所制备催化剂中的水溶性氯离子含量更低，更适合用于燃料电池体系应用。

本发明中所提到的螯合剂为N-甲基-2-吡咯烷酮。

本发明中所提到的制备方法，主要针对制备铂载量为50％～70％(重量比)的铂炭催化剂。

本发明的技术方案为：

一种燃料电池用高负载量铂炭催化剂的制备方法，具体步骤如下：

第一步：铂前驱体的预处理：按一定比例将竞争吸附剂加入铂前驱体的水溶液中，搅拌5～8h使其混合均匀，得到预处理后的铂前驱体溶液体系A；

第二步：载体预处理。将炭黑加入螯合剂中，搅拌5～8h使其混合均匀，得到分散好的炭黑载体溶液体系B；

第三步：浸渍过程。铂前驱体水溶液体系A的三分之一按0.5～1.0mL/s滴加到炭黑载体溶液体系B中，搅拌浸渍20～24h后，再将剩余的铂前驱体溶液体系A的二分之一按0.5～1.0mL/s滴加到炭黑载体溶液体系B中，搅拌浸渍20～24h，最后将剩余的铂前驱体溶液体系A按0.5～1.0mL/s滴加到炭黑载体溶液体系B中，搅拌浸渍20～24h后，得到体系C；

第四步：水解过程。将体系C调节的pH值调节到8～12，得到体系D；

第五步：还原过程。先用硼氢化钠或水合肼对体系D进行还原处理，过滤洗涤干燥后得到体系E。再将体系E置于管式炉中于H₂/Ar气氛下200℃～300℃处理2～3h，得到所需铂含量的铂炭催化剂。

作为优选，上述制备方法中：

所述铂前驱体为醋酸四氨合铂；

用分散剂对铂前驱体进行预处理，所用的分散剂为乙酸钠，乙酸钠的添加量与铂前驱体中铂的量比为8:1(质量比)；

所述螯合剂为N-甲基-2-吡咯烷酮；

所述炭黑载体为高石墨化炭黑；