[发明专利]铂碳催化剂及其制备方法

说明书

一种铂碳催化剂及其制备方法,属于燃料电池制造技术领域。该铂碳催化剂的制备方法包括以下步骤：S1，将有机配体铂盐前驱体和碳载体置于球磨机中通过球磨的方式分散均匀，制备得到前驱体混合物A；S2，对前驱体混合物A进行热处理，使得前驱体混合物A中有机配体铂盐前驱体以气相或液相的状态热解成铂纳米颗粒，并沉积负载到碳载体上，得到铂碳催化剂。本发明得到的Pt纳米颗粒在碳载体上均匀分散，同时Pt纳米颗粒表面有碳层包覆，不仅可以防止Pt纳米颗粒团聚现象的发生、提高其稳定性，同时可以避免离子聚合物对Pt纳米颗粒活性位点的毒化作用，显著提高了铂碳催化剂的催化活性。

技术领域

本发明涉及的是一种燃料电池制造领域的技术，具体是一种铂碳催化剂及其制备方法。

背景技术

燃料电池是把燃料中的化学能通过电化学反应，直接转换为电能的高效、清洁的发电装置，其能有效缓解能源危机和环境污染。常用的燃料电池按其电解质不同，可以分为质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、磷酸燃料电池（PAFC）和碱性燃料电池（AFC）、甲醇重整燃料电池（DMFC）等。其中的质子交换膜燃料电池操作温度低、启动速度快，是一种环保、高效与高功率密度的发电方式，广泛适用于交通、备电和移动领域等领域。

质子交换膜燃料电池目前主要采用贵金属Pt作为催化剂，类型包括铂碳催化剂、Pt合金催化剂、核-壳催化剂、纳米框架催化剂、单原子催化剂等。其中铂碳催化剂是目前使用最广泛的催化剂，同时也是制备技术最成熟的催化剂。在过去十年，商用质子交换膜燃料电池产品严重依赖铂碳催化剂，因担载型催化剂可实现更小的Pt纳米颗粒，其比无载体的Pt具有显著优势。

目前合成铂碳催化剂主要采用多元醇法、微波加热法、浸渍还原法、硼氢化钠还原法等液相合成方法。这些液相合成方法一般都需要经过分散、浸渍、还原、洗涤和干燥等步骤，过程繁琐，处理耗时。同时为了控制铂纳米颗粒的形貌和粒径，通常会使用大量的有机溶剂和表面活性剂，成本高且易引起环境问题，同时表面活性剂在后续的步骤中也很难以完全去除，会影响到催化剂的活性。从节能、环保、成本等角度考虑，上述方法不易于进行工业大规模生产。为了解决现有技术存在的上述问题，本发明由此而来。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种铂碳催化剂及其制备方法，能够省去液相合成法中的浸渍、分离和干燥等过程，不需要或只需要少量溶剂、合成步骤简单，不易产生环境问题，适合大批量生产。

本发明一方面提供一种铂碳催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1，将有机配体铂盐前驱体和碳载体置于球磨机中通过球磨的方式分散均匀，制备得到前驱体混合物A；

S2，对前驱体混合物A进行热处理，使得前驱体混合物A中有机配体铂盐前驱体以气相或液相的状态热解成铂纳米颗粒，并沉积负载到碳载体上，得到铂碳催化剂。

有机配体铂盐前驱体为有机配体铂盐；优选地，包括但不限于以下的一种或几种：六氟乙酰丙酮铂Pt(hfac)₂、烯丙基铂Pt(allyl)₂、乙酰丙酮铂Pt(acac)₂、三甲基环戊二烯基铂(Cp)PtMe₃、三甲基（甲基环戊二烯基）铂(MeCp)PtMe₃、三甲基乙酰丙酮铂(acac)PtMe₃、烯丙基环戊二烯基铂(Cp)Pt(allyl)₂。

碳载体包括但不限于以下的一种或几种：导电炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、石墨、多孔碳。

步骤S1中，球磨可以是干法球磨也可以是湿法球磨，但是均需要添加球磨介质；优选地，球磨时间为2-1000min，转速为20-1200rpm。

球磨介质包括但不限于以下的一种或几种：不锈钢、刚玉、尼龙、玛瑙、聚四氟乙烯、聚氨酯、氧化锆；优选地，球磨机中球磨介质的体积是前驱体混合物A体积的1%-500%。