[發(fā)明專利]一種利用回收鉑料制備鉑碳催化劑的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210377462.6
• 申請日: 2012-10-08
• 公開（公告）號: CN102886258A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設計）人: 尤欣敏;郭福田;許鑫;趙志剛
• 申請（專利權）人: 南京工業(yè)大學;南京慧宇能源科技有限公司;南京沃土新材料有限公司
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明具體是涉及一種以回收鉑料為原料燃料電池用鉑碳催化劑的制備方法，屬于燃料電池領域。

背景技術

隨著能源資源的日益枯竭及環(huán)境污染的進一步惡化，燃料電池作為高效能，低污染的新能源技術得到了重視和發(fā)展。

質子交換膜燃料電池(Proton?Exchange?Membrane?Fuel?Cell，PEMFC)是用質子交換膜(PEM)作為電解質的一種燃料電池，它以其工作溫度低、啟動快、能量密度高、壽命長等優(yōu)點特別適宜作為便攜式電源、機動車電源和中、小型發(fā)電系統(tǒng)。其本體結構由氣體擴散層，質子交換膜和催化劑層組成。氣體擴散層通常采用碳纖維紙或碳纖維布，起支撐催化劑層，穩(wěn)定電極結構，為電極反應提供排水、排氣、電子通道等多種功能；質子交換膜作為電解質用來傳到質子；催化劑層用來加速電極上發(fā)生的化學反應。

貴金屬催化劑是目前在質子交換膜燃料電池中運用最廣泛的催化材料。迄今為止，對于以氫為燃料的PEMFC，Pt是催化活性最高，性能最穩(wěn)定的電催化劑。Pt催化劑的反應機理為：

Pt^*+H₂→Pt-H₂+Pt^*→2Pt-H+H₂O→Pt^*+H3O⁺+e^-

2Pt^*+O₂→2Pt-O+2H⁺+2e^-→2Pt-OH+2H⁺+2e^-→2Pt^*+2H₂O

由于貴金屬Pt的資源和價格問題，PEMFC一般采用負載型碳載鉑催化劑(Pt/C)，即將金屬鉑負載在碳載體表面。為了滿足PEMFC工作需要，催化劑中Pt的負載量從20％～60％不等，另外鉑顆粒粒度小，分布均勻，無團聚均有利于催化反應的進行。

傳統(tǒng)的Pt/C催化劑是以氯鉑酸為起點，制備方法主要有氣氛還原法，有機膠體法，插層化合物合成法等。傳統(tǒng)的制備方法存在很多問題，如以氯鉑酸為起點就決定了產品價格偏高，且運用面狹窄。氣氛還原法適合實驗室合成少量催化劑用，合成大量催化劑時會有催化劑中鉑含量不均勻，粒度大，容易團聚等缺點。插層化合物合成法，條件苛刻，成本高。有機膠體法工藝難以控制等。為了解決上述困難，Pt/C催化劑的制備方法和工藝研究一直是近幾年質子交換膜燃料電池領域的研發(fā)熱點。

發(fā)明內容

本發(fā)明提出一種利用回收鉑料制備鉑碳催化劑的還原法，步驟如下：

1)將回收鉑料放在鹽酸中浸漬過夜，徹底溶解鉑料表面的雜質，用純水清洗備用。

2)在經過預處理的鉑料中加入鹽酸和硝酸的混合酸，加熱至沸，使鉑料全部溶解，過濾。

3)將過濾后的溶液，在沸騰的情況下分次加入鹽酸直至溶液無黃煙出現(xiàn)，再繼續(xù)加入過量鹽酸，將多余的硝酸全部趕凈，得到氯鉑酸溶液。

4)將制得的氯鉑酸溶液，加熱保持微沸，直至溶液密度為2.5g/ml，冷卻，轉至油浴，加入少量雙氧水和鹽酸，繼續(xù)蒸發(fā)溶液，油浴溫度保持70～90℃，至溶液至粘稠狀停止加熱。

5)將自制的氯鉑酸配成Pt含量為2.0～4.0g/L的溶液，加入NaHSO₃，室溫下攪拌生成中間體H₃Pt(SO₃)₂OH。

6)用堿性水溶液調節(jié)體系的pH值至4.8-6.0，向體系中逐滴滴加H₂O₂，形成PtO₂膠體，在反應過程中始終保持體系pH值在上述范圍。

7)將經過預處理的碳載體加入PtO₂膠體中，并充分混合。

8)在連續(xù)攪拌條件下加入還原劑，使PtO₂膠體還原為Pt。甲醛水溶液的濃度為5％～35％(質量分數(shù))，反應時間為1～12小時，20～80℃下進行。

9)過濾，用純水多次洗滌除去C1^-離子。

10)干燥

所述步驟(3)中加入過量鹽酸濃度為35％～37％。

所述步驟(6)中加入的堿性水溶液包括NaOH，KOH或Na₂CO₃，K₂CO₃，氨水等。