[發(fā)明專利]使用復(fù)合還原劑制備高度分散的負(fù)載型鉑催化劑的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610169461.7
• 申請(qǐng)日: 2006-12-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101152627A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃仁哲;李鐘協(xié);金泌;朱枝鳳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社
• 主分類號(hào): B01J23/42
• 分類號(hào): B01J23/42;B01J21/18;B01J37/02;B01J37/16;H01M4/92
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 沙捷;彭益群

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2006年9月25日向韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)第10-2006-0092809號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容在此引入作為參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及制備高度分散的負(fù)載型鉑催化劑的方法，尤其是在制備高度分散的負(fù)載型鉑催化劑的方法中，將通過(guò)乙二醇和硼氫化鈉混合而制備的還原劑加入至鉑前體和碳載體的混合物中。

背景技術(shù)

燃料電池是將燃料的化學(xué)能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電設(shè)備。燃料電池與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)相比是一種具有較佳效率的可替代能量，并很少排出污染材料。燃料電池可用于很寬的應(yīng)用范圍，包括計(jì)算機(jī)、便攜式攝錄機(jī)、和移動(dòng)電話、車輛、火車、船只或潛艇的電源、家庭和小型或中型發(fā)電廠的供電和加熱設(shè)備。最近，燃料電池已經(jīng)大力發(fā)展為車輛電源，并作為移動(dòng)電話的電源而得到關(guān)注。

燃料電池包括氧化電極、還原電極和電解液，并通過(guò)使用氧化和還原電極的催化反應(yīng)和離子在電解液中的滲透來(lái)產(chǎn)生電能。通過(guò)氧化在氧化電極中注入的燃料而產(chǎn)生的氫離子，被導(dǎo)入到電解液膜中。在還原電極中，從電解液膜提供的氫離子、注入至還原電極的氧、和從氧化電極提供的電子反應(yīng)而產(chǎn)生水。鉑之類的具有優(yōu)異電化學(xué)反應(yīng)活性的金屬被用作電極催化劑，在低溫下發(fā)生電極反應(yīng)。然而，盡管鉑是一種獨(dú)立催化劑，其能夠促進(jìn)燃料(氫或醇類)氧化，并促進(jìn)氧從100℃左右降低至正常溫度，但由于鉑不太可能燃燒，且鉑價(jià)格高，因此盡可能增加每單位重量的活性是很重要的。為了達(dá)到此目的，應(yīng)該通過(guò)調(diào)節(jié)顆粒在納米尺度范圍內(nèi)的尺寸來(lái)使反應(yīng)活性面積達(dá)到最大化。如果在燃料電池中催化劑層的厚度增加，反應(yīng)物或產(chǎn)物的擴(kuò)散阻力增加，就會(huì)降低燃料電池的總體效率。因此，需要與能夠減小催化劑層厚度的載體相比，含有更大量鉑的高負(fù)載型催化劑。但由于含鉑量增加，鉑顆粒的尺寸增加，會(huì)降低反應(yīng)物活性面積。為了解決此問(wèn)題，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種方法。

例如，開(kāi)始經(jīng)常使用初浸漬法來(lái)制備鉑催化劑。但這種方法的缺陷是當(dāng)被負(fù)載的金屬量變大時(shí)，鉑催化劑顆粒的平均尺寸變得更大，其尺寸分布變得更寬。

美國(guó)專利第4,186,110號(hào)提出了一種沉淀法，其中通過(guò)將碳載體和水漿轉(zhuǎn)變?yōu)閴A，注入氯化鉑酸溶液，并加入甲醛之類的還原劑，在液相中還原鉑。此外，美國(guó)專利第5,068,161號(hào)提出了制備催化劑的方法，使用該方法，就催化劑總重量而言，其負(fù)載的鉑達(dá)到60wt％。

但這種沉淀法產(chǎn)生的催化劑，鉑顆粒分布不均一，盡管該方法簡(jiǎn)單并適于大量生產(chǎn)。

已經(jīng)提出了一種膠體法，其中在水溶液或有機(jī)溶液中制備細(xì)微的鉑顆粒，且鉑顆粒吸附在碳載體上。但該制備方法復(fù)雜，且產(chǎn)生的鉑顆粒的尺寸會(huì)根據(jù)如pH和溫度之類的因素發(fā)生變化。另外，吸附的時(shí)間相對(duì)很長(zhǎng)。

此外，韓國(guó)公開(kāi)專利申請(qǐng)第2004-88288號(hào)提出了通過(guò)添加pH調(diào)節(jié)物質(zhì)，將鉑/載體催化劑轉(zhuǎn)變?yōu)閴A以負(fù)載鉑，其中pH調(diào)節(jié)物質(zhì)的密度是部分不均一的，且鉑顆粒的分布不均一，使鉑催化劑的制備缺乏高再現(xiàn)性。

在本發(fā)明的背景技術(shù)部分公開(kāi)的信息僅僅為了加強(qiáng)對(duì)本發(fā)明背景技術(shù)的認(rèn)識(shí)，不應(yīng)該被認(rèn)為是承認(rèn)或任何形式的暗示：這些內(nèi)容形成了被本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。

因此，需要一種制備高度分散的負(fù)載型鉑催化劑的方法，其中所述催化劑的鉑顆粒尺寸和分布有所提高。

發(fā)明內(nèi)容

在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種制備高度分散的負(fù)載型鉑催化劑的方法，該方法包括將還原劑加入至鉑前體和碳載體的混合物中的步驟，其中所述的還原劑是通過(guò)將乙二醇和硼氫化鈉混合而制備的。

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式包括下列的步驟：(a)將乙二醇與硼氫化鈉以1∶0.01至1∶0.1的摩爾比例，在0至50℃的溫度下混合30分鐘至3小時(shí)，以制備復(fù)合還原劑；(b)將鉑前體和碳載體以1∶9至8∶2的摩爾比例分散在溶劑中；(c)通過(guò)在0至50℃的溫度下，將復(fù)合還原劑在分散的溶劑中混合30分鐘至3小時(shí)，制備鉑前體、碳載體、和復(fù)合還原劑的混合溶液；(d)在40至80℃的溫度下，將鉑前體、碳載體、和復(fù)合還原劑的混合溶液加熱3至10小時(shí)；和(e)將鹽酸溶液以0.5∶1至2∶1的體積比，在0至50℃的溫度下，加入至熱處理的鉑前體、碳載體、和復(fù)合還原劑的混合溶液中20分鐘至2小時(shí)。

優(yōu)選地，本發(fā)明提供的方法可進(jìn)一步包括分離的步驟。分離可以通過(guò)過(guò)濾進(jìn)行。

優(yōu)選的溶劑可包括但不限于醇類。

為了制備鉑前體、碳載體和復(fù)合還原劑的混合溶液，優(yōu)選使用1摩爾鉑前體和6至15摩爾復(fù)合還原劑。