[發明專利]一種碳化硅負載金屬納米粒子催化劑的制備方法

無效

• 申請號: 201210218944.7
• 申請日: 2012-06-28
• 公開（公告）號: CN102728397A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 方莉;王小麗;黃小平;王光應
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: B01J27/224
• 分類號: B01J27/224;H01M4/92
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 楊耀田

技術領域

本發明涉及金屬納米催化劑，具體屬于一種可用于燃料電池的碳化硅負載金屬納米粒子催化劑的制備方法。

背景技術

作為燃料電池催化劑的載體，炭黑和石墨因具有良好的導電性、疏松多孔的表面和化學惰性等優點，一直以來是燃料電池首選的催化劑載體。但是，在強酸（pH<1）、高溫（80~120℃）、高電勢（0.6~1.2V）以及水含量和氧含量比較高的環境下，碳載體容易被氧化，導致碳的流失、催化劑活性降低甚至電極坍塌，縮短了燃料電池的壽命。

碳化硅（Silicon?carbide,SiC），作為一種新型催化劑載體或儲氫材料，不僅在導熱性、化學穩定性、耐腐蝕、機械強度、熱膨脹率等方面是其它載體所不能及的，而且具有電催化劑最基本的導電性，以及更好的反應活性、高溫穩定性和高溫抗氧化性。對于SiC作為燃料電池催化劑載體的研究，已有文獻報道。Ch?Venkateswara?Rao(Ch?Venkateswara?Rao,S.K.Singh,B?Viswanathan.Indian?J.Chem.A?47(2008)1619-1625)等人通過沉積法結合氫氣還原法制備了Pt含量為20%的Pt/SiC，并采用循環伏安法進行了表征，發現表面Pt-OH形成的起始電勢比Pt/C（E-TEK）正移了50mV，表明其對ORR反應具有更高的催化活性。J.J.Niu(Jun?JieNiu,Jian?Nong?Wang.Acta?Materialia?57(2009)3084-3090)等人以碳化硅納米線為載體，采用乙二醇還原法制備了Pt/SiCNW催化劑，并用于氫電化學吸附/解吸反應及甲醇電化學氧化實驗，結果表明，Pt/SiCNW催化劑具有較高的催化活性和抗氧化腐蝕能力。Fang?Li（Li?Fang,Xiao-PingHuang,Francisco?J.Vidal-Iglesias,Yue-Peng?Liu,Xiao-Li?Wang.Electrochenmisitry?Communications?13(2011)1309-1312.）等采用超聲浸漬結合氫氣還原法制備了Pt/SiC（Pt的負載量為5%）。經實驗驗證在723K制備得到的催化劑對乙醇的氧化反應具有更高的催化活性，并且催化劑的穩定性更高。但是，上述文獻制備得到的催化劑由于SiC比表面積小，負載金屬的量較小，催化活性較低。

發明內容

本發明的目的是提供一種碳化硅負載金屬納米粒子催化劑的制備方法，該方法制得的催化劑催化活性高、穩定性好。

本發明提供的一種碳化硅負載金屬納米粒子催化劑的制備方法，包括如下步驟：

以表面刻蝕的碳化硅為載體、醇溶液為溶劑、金屬氯化物為前軀體，在超聲波下分散10~30分鐘后轉移至油浴中升溫至40~80℃，攪拌條件下滴加還原劑，還原30分鐘，然后在80~150℃下回流反應1~6小時，降至室溫后繼續攪拌2~12小時，最后過濾、洗滌、干燥，在氫氣氛圍下焙燒還原制得碳化硅負載單金屬納米粒子催化劑。

本發明提供的另一種碳化硅負載金屬納米粒子催化劑的制備方法，包括如下步驟：

以表面刻蝕的碳化硅為載體，醇溶液為溶劑，先以一種金屬氯化物為前軀體，超聲分散10~30分鐘后轉移至油浴中升溫至40~80℃，滴加還原試劑還原30分鐘，攪拌升溫至80~150℃下回流反應1~6小時，降溫至40~80℃后再加入另一種金屬氯化物前驅體，攪拌升溫至80~150℃下回流反應1~6小時，降至室溫后繼續攪拌2~12小時，將上述漿液過濾、洗滌、干燥，最后在氫氣氣氛下焙燒還原制得碳化硅負載雙金屬納米粒子催化劑。

上述兩種碳化硅負載金屬納米粒子催化劑的制備方法中：

所述的金屬氯化物為氯鉑酸、氯金酸、氯化釕或氯化銠；

所述醇是乙醇、異丙醇、丙醇或乙二醇；

所述醇溶液的醇水體積比為1~5:1；

所述碳化硅和醇溶液的質量比為1:50~200；

所述金屬氯化物中金屬與載體的質量比為0.01~0.5:1；優選0.05~0.2:1；

所述焙燒是在200~600℃焙燒2-6小時；

所述還原劑是硼氫化鈉、草酸或甲醛。

SiC載體的刻蝕方法：以市售碳化硅（SiC）粉末為原料，加入到HNO₃和HF混合液中反應，過濾洗滌至中性后真空干燥制得表面刻蝕的SiC粉末。