[發(fā)明專利]一種Pt-Nafion/C催化劑及其制備和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110367726.5
• 申請(qǐng)日: 2011-11-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103120960A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫公權(quán);朱珊;王素力;姜魯華;夏章訊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): B01J31/28
• 分類號(hào): B01J31/28;B01J37/30;H01M4/92
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種Pt-Nafion/C催化劑，其特征在于：

催化劑中Pt質(zhì)量含量為1.0-20.0％，Nafion聚合物質(zhì)量含量為1.0-70.0％，C的質(zhì)量含量為10.0-98.0％；

2.按照權(quán)利要求1所述催化劑，其特征在于：

催化劑中Pt質(zhì)量含量最優(yōu)為1.0-5.0％，Nafion聚合物質(zhì)量含量最優(yōu)為5.0-20.0％，C的質(zhì)量含量最優(yōu)為75.0-94.0％。

3.一種權(quán)利要求1或2所述催化劑的制備方法，其特征在于：包括以下步驟，

1)碳載體的功能化處理

a.于濃度為3-7mol/L的氧化劑溶液中加入碳載體，攪拌使之形成均勻漿液；

b.將上述漿液加熱至共沸，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行冷凝回流并配合磁力攪拌，4-8小時(shí)后，取出，過(guò)濾，得固體物質(zhì)；

c.采用去離子水對(duì)上述固體物質(zhì)進(jìn)行洗滌，至濾液呈中性后，將所得固體物質(zhì)置于空氣氣氛100-140℃下干燥4-8小時(shí)，得功能化碳載體；

2)離子交換法制備Pt(NH₃)₂(NO₂)₂-Nafion/C催化劑前體

a.將前驅(qū)體鹽Pt(NH₃)₂(NO₂)₂溶解于60-80。℃去離子水中，形成前軀體鹽溶液；

b.于乙二醇/水混合溶劑中加入Nafion溶液和步驟1)所得功能化碳載體，攪拌使之混合均勻后，逐滴加入前軀體鹽溶液；

或于乙二醇/水混合溶劑中加入步驟1)所得功能化碳載體，攪拌使之混合均勻后，逐滴加入前軀體鹽溶液，再次攪拌使之混合均勻后，加入Nafion溶液，攪拌使之混合均勻；

或于乙二醇/水混合溶劑中加入Nafion溶液，攪拌使之混合均勻后，逐滴加入前軀體鹽溶液，再次攪拌使之混合均勻后，加入步驟1)所得功能化碳載體，攪拌使之混合均勻；

上述最終形成的混合物中Pt元素與碳元素的質(zhì)量比為2∶1-1∶98，Pt元素與Nafion干樹脂的質(zhì)量比為20∶1-1∶70；

c.保持上述步驟b得到的混合物的溫度在60-80℃，并進(jìn)行攪拌，12-72小時(shí)后，采用去離子水洗滌，過(guò)濾，得固體物質(zhì)；

d.將上述步驟c得到的固體物質(zhì)采用去離子水再次分散，重復(fù)上述步驟c3-10次，以去除未反應(yīng)的前驅(qū)體鹽Pt(NH₃)₂(NO₂)₂；

e.將上述步驟d所得固體物質(zhì)于60-90℃條件下，干燥3-6小時(shí)，得Pt(NH₃)₂(NO₂)₂-Nafion/C催化劑前體；

3)Pt-Nafion/C催化劑的制備

將Pt(NH₃)₂(NO₂)₂-Nafion/C前體研磨后置于容器中，在氫氣氣氛中，以1-10℃/min的速率程序升溫至150-300℃，并在此溫度下處理1-3小時(shí)，即得到目標(biāo)產(chǎn)物Pt-Nafion/C催化劑。

4.如權(quán)利要求3所述催化劑的制備方法，其特征在于：所述氧化劑溶液為硝酸、硫酸、高錳酸鉀溶液中的一種或幾種；所述碳載體為XC-72R、BP2000、乙炔黑、椰殼炭、碳納米管、碳納米纖維、石墨中的一種或幾種。

5.如權(quán)利要求3所述催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟1)a中碳載體與氧化劑溶液中氧化劑的物質(zhì)的量的比為1∶1-1∶12。

6.如權(quán)利要求3所述催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟2)a中前軀體鹽溶液的終濃度為5-15mol/L。

7.如權(quán)利要求3所述催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟2)b中Nafion溶液的質(zhì)量濃度為0.1-10％。

8.如權(quán)利要求3所述催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟2)b中乙二醇與水的體積比為1∶1-1∶10；功能化碳載體在乙二醇/水混合溶劑中的終濃度為0.5-5mol/L。

9.一種權(quán)利要求1或2所述Pt-Nafion-C催化劑的應(yīng)用，其特征在于：所述Pt-Nafion/C催化劑可作為質(zhì)子交換膜燃料電池氧還原催化劑或氫氧化催化劑。