[發(fā)明專(zhuān)利]微波制備低Pt含量電催化劑的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710047694.4
• 申請(qǐng)日: 2007-11-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101176843A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳省;蔣淇忠;馬紫峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J23/42
• 分類(lèi)號(hào): B01J23/42;B01J21/18;H01M4/92
• 代理公司: 上海交達(dá)專(zhuān)利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種燃料電池電催化技術(shù)的方法，具體是一種用于燃料電池的微波制備低Pt含量電催化劑的方法。

背景技術(shù)

燃料電池是一種具有高能量密度、高效率、環(huán)境友好的新型能源體系，但常用的Pt/C電催化劑中Pt的含量較高，實(shí)際應(yīng)用較多的商業(yè)催化劑(如JohnMatthey、E-TEK等公司產(chǎn)品)中Pt的含量多為20％，有時(shí)達(dá)40％甚至更高。由于貴金屬Pt的價(jià)格較高，當(dāng)電催化劑中Pt含量較高時(shí)，導(dǎo)致電催化劑整體價(jià)格隨之增高，因此探索低Pt含量電催化劑的制備顯得十分必要。

直接醇類(lèi)燃料電池上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時(shí)，純Pt電催化劑表面易被醇類(lèi)氧化的中間產(chǎn)物占據(jù)，使催化劑活性降低，反應(yīng)速率下降，因此人們常在Pt基礎(chǔ)上加入第二種或多種金屬元素等提高電催化劑的活性。目前應(yīng)用最成功的醇類(lèi)陽(yáng)極催化劑為PtRu合金化合物，但Ru同樣為稀有元素，價(jià)格不菲。Ni作為過(guò)渡金屬元素，來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，已有文獻(xiàn)報(bào)道利用NaBH₄還原制備PtNi催化劑，其中Ni以金屬Ni和含氧的NiO、Ni(OH)₂、NiOOH等形式存在，Ni除了通過(guò)電子效應(yīng)改變Pt的外層電子結(jié)構(gòu)外，其含氧化物的存在為醇類(lèi)氧化的中間產(chǎn)物進(jìn)一步氧化生成CO₂提供氧源，從而提高催化劑的電催化氧化活性。而二氧化鈦因價(jià)廉、無(wú)毒、性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在太陽(yáng)能的存儲(chǔ)利用、光電轉(zhuǎn)換及光催化方面得到廣泛應(yīng)用。有文獻(xiàn)報(bào)道TiO₂與Pt之間存在一定相互作用，TiO₂的存在能改變Pt的外層電子結(jié)構(gòu)特性，使Pt表面的化學(xué)吸附能變小，使醇類(lèi)氧化的中間產(chǎn)物與Pt之間作用力減弱，有助于降低Pt表面中毒程度，提高電催化劑活性。TiO₂納米管具有特殊的管狀結(jié)構(gòu)，具有更大比表面積和更強(qiáng)吸附能力，因此在催化劑領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用潛力。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前有大量的利用微波法合成Pt系合金燃料電池催化劑的文獻(xiàn)報(bào)道。T.C.Deivaraj(梯·西·德瓦拉基)在《Journal?ofMaterials?Chemistry》(化學(xué)材料)2003，13(10)，2555-2560上發(fā)表的“Preparation?of?PtNi?nanoparticles?for?the?electrocatalytic?oxidationof?methanol”(PtNi電催化氧化甲醇催化劑的制備)，該文中提及微波合成PtNi電催化劑，選用了傳統(tǒng)加熱制備、延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間制備和微波制備電催化劑的方法，其中微波法所得催化劑活性最高。但檢索中尚未發(fā)現(xiàn)利用微波同時(shí)制備摻入TiO₂納米管的Pt系合金電催化劑方面的文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微波制備低Pt含量電催化劑的方法，使其工藝簡(jiǎn)單、電催化劑活性高、性能穩(wěn)定的碳載低Pt、同時(shí)含Ni和TiO₂納米管的電催化劑。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明利用微波助多元醇方法，制備碳載低Pt含量的PtNiTiO₂納米管電催化劑，具體制備方法如下(以質(zhì)量份表示)：

(1)將1～20質(zhì)量份碳黑粉充分干燥進(jìn)行高能球磨，然后用20～400質(zhì)量份H₂O₂回流，去離子水洗滌后干燥，自然冷卻后得到預(yù)處理后的碳黑；

所述H₂O₂，是指H₂O₂水溶液，水溶液中H₂O₂重量百分量為30％。

所述回流，是指：在25℃下回流3～6h。

所述干燥，是指：放入真空干燥箱110℃干燥。

(2)將前驅(qū)體氯鉑酸、醋酸鎳溶液、TiO₂納米管粉體和預(yù)處理過(guò)的碳黑放入燒瓶，加入乙二醇溶液，調(diào)節(jié)pH值，超聲混合均勻，其中Pt的質(zhì)量含量在2.5～20％之間，Ni的質(zhì)量含量在2.5～20％之間，TiO₂納米管質(zhì)量含量在5～30％之間，將上述混合溶液置于帶冷凝回流裝置的微波反應(yīng)器中加熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，放置，過(guò)濾，水洗，真空干燥，研磨，得到電催化劑。

所述碳黑，其粒徑為10～40nm，比表面積為200～1500m²/g。

所述調(diào)節(jié)pH值，是指：用稀NaOH溶液pH值，使之為9～14之間。