[发明专利]一种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，属于新能源材料与应用领域。该制备方法包括：获得悬浊液，悬浊液含有碳载体、多元醇以及铂前驱体；将悬浊液、还原性气体在微通道连续流反应器中连续进行还原反应，以使悬浊液中的铂离子被还原成铂单质并负载在碳载体，还原性气体为氢气与保护气体按照体积比为1:4‑6的混合所得，保护气体为氮气、氩气和氦气中的至少一种。上述制备方法可连续制备铂碳催化剂，有效提高反应效率，适合放大化生产，制得的铂碳催化剂中，铂均匀分布在碳载体上，相比于相同的铂负载量的现有的铂碳催化剂，具有更优的电化学活性面积以及更优的电催化性能。

技术领域

本申请涉及新能源材料与应用领域，具体而言，涉及一种铂碳催化剂及其制备方法。

背景技术

铂催化剂在燃料电池、石油化工、化学制药、汽车尾气净化等领域具有广泛的应用。现阶段的铂碳催化剂的制备方法主要是：将铂前驱体通过微波还原法、高温氢气退火还原法、或硼氢化钠还原法等方式还原得到。

其中，微波还原法制备铂碳催化剂时，反应过程中存在着传热不均等问题。高温氢气退火还原法通常是：通过球磨、浸渍等方式使铂前驱体吸附在载体上，以制备催化剂前驱体，然后将催化剂前驱体在高温氢气环境中进行退火还原；该过程生产周期较长，且反应温度高，能耗需求较大。硼氢化钠还原法通常是：将载体置于铂前驱体溶液中，然后加入硼氢化钠进行搅拌还原；该方法也涉及到生产周期较长的问题，且大量加入硼氢化钠会存在危险性。换言之，上述制备方式均存在一定的缺陷，不适于放大化生产。

发明内容

本申请提供了一种铂碳催化剂及其制备方法，其不仅适于放大化生产，同时制备的铂碳催化剂在相同的铂负载量的前提下，具有更佳的电催化性能。

本申请的实施例是这样实现的：

在第一方面，本申请示例提供了一种铂碳催化剂的制备方法，其包括：

获得悬浊液，悬浊液含有碳载体、多元醇以及铂前驱体。

将悬浊液、还原性气体在微通道连续流反应器中连续进行还原反应，以使悬浊液中的铂离子被还原成铂单质并负载在碳载体。

上述设置中，以多元醇作为溶剂，以还原性气体作为还原剂，可在微通道连续流反应器中进行液-气相连续还原反应，此处的连续还原反应是指：将悬浊液、还原性气体（共同作为物料）向微通道连续流反应器中连续输入并混合，输入至微通道内的混合物料沿微通道向出口输出，并且在输送过程中持续发生还原反应，从而在微通道的出口处输出铂碳催化剂，实现铂碳催化剂的连续制备。其中，还原性气体为氢气与保护气体按照体积比为1:4-6的混合所得，利用保护气体较多而氢气较少的设置，有利于控制还原反应的速率，使被还原的铂粒子均匀负载于碳载体上，避免还原反应过快会造成管道堵塞，进而不能连续的制备铂碳催化剂。基于铂离子均匀分布在悬浊液中，基于微通道内径小，比表面积大，可使还原性气体与铂离子瞬间均匀混合，有效提高反应效率和产品质量，可得到铂均匀分布在碳载体上的铂碳催化剂。并且多元醇溶剂的添加，可以在一定程度上延长悬浊液在微通道连续流反应器中的停留时间，在连续化生产的同时使铂前驱体能够较好地被还原性气体还原。并且上述制备方法应用在工业化生产中时，不需要改变太多的条件，只需要增加微通道连续流反应器的数量，通过微通道连续流反应器制备的铂碳催化剂的数量的累加，实现铂碳催化剂的放大化生产。

在第二方面，本申请示例提供了一种铂碳催化剂，其由上述制备方法制得。

其中，上述铂碳催化剂相比于现有的铂碳催化剂，其表面的铂分布更为均匀，相比于含有相同铂量的现有的铂碳催化剂，其具有更高的电化学活性面积以及更优的电催化性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。