[發(fā)明專利]一種膨脹石墨載鉑-鈷催化劑及其應(yīng)用

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210487500.3
• 申請(qǐng)日: 2012-11-23
• 公開（公告）號(hào): CN103007958A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樓白楊;陳茂軍;徐斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/89
• 分類號(hào): B01J23/89;H01M4/90
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;俞慧

（一）技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種膨脹石墨載鉑-鈷催化劑及其作為直接甲醇燃料電池電極材料的應(yīng)用。

（二）技術(shù)背景

眾所周知，隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，石油、煤、天然氣等化石能源的大規(guī)模開采使用，化石能源的可供使用儲(chǔ)量日趨枯竭，并且對(duì)環(huán)境的污染日益嚴(yán)重。各國為了解決能源危機(jī)和環(huán)境問題，積極探尋新的清潔、高效的能源。直接甲醇燃料電池是一種直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的高效發(fā)電裝置，并且具有高效率、低噪音及對(duì)環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)，引起研究者的廣泛關(guān)注。

直接甲醇燃料電池電極的基體材料對(duì)電極的催化活性和穩(wěn)定性有很大影響，基體材料必須具有良好的顯微孔隙結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性能。電極催化劑擔(dān)載基體通常采用Vulcan?XC-72、碳纖維、納米碳管、石墨烯等材料，以上的碳基體材料制備工藝復(fù)雜，且價(jià)格昂貴。而膨脹石墨材料，制備工藝簡單，價(jià)格低廉，且資源豐富。膨脹石墨不但具有與石墨相似的性能，如耐高溫、耐氧化、耐腐蝕、耐輻射、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，而且由于其具有大量獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)狀微孔結(jié)構(gòu)，還具有較大的比表面積和較高的表面活性，是一種可作為燃料電池電極催化劑載體材料。

浸漬還原法具有操作簡單，容易控制電極材料組份的比例，防止貴金屬材料在反應(yīng)過程中的流失。在膨脹石墨基體上合成的催化劑顆粒分散性好，與基體材料結(jié)合力強(qiáng)，新型電極材料的電催化活性及穩(wěn)定性好。

（三）發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種膨脹石墨載鉑-鈷催化劑，其制備工藝簡單、生產(chǎn)成本低、適于工業(yè)化生產(chǎn)，且對(duì)甲醇的電催化活性及穩(wěn)定性較高。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種膨脹石墨載鉑-鈷催化劑，其特征在于所述催化劑通過如下步驟制備：

（1）天然鱗片石墨經(jīng)氧化插層、膨化而成膨脹石墨；

（2）膨脹石墨滴加分散劑后經(jīng)堿液除油、酸液粗化，干燥得到膨脹石墨載體；

（3）將膨脹石墨載體浸入氯鉑酸和氯化鈷混合溶液中，通過浸漬還原法將鉑鈷合金沉積在膨脹石墨載體的表面上，形成膨脹石墨載鉑-鈷催化劑。

本發(fā)明中，所使用的天然鱗片石墨的粒度優(yōu)選為80~100目。

所述步驟（1）中，氧化插層試劑為55~72wt.%的高氯酸溶液。

所述步驟（1）中，膨化溫度為600~900℃。

具體的，所述的步驟（1）按照如下進(jìn)行：用80~100目的天然鱗片石墨為原料，浸泡在55~72wt.%的高氯酸溶液中，充分?jǐn)嚢瑁?0~20分鐘后，過濾后直接置于600~900℃電阻爐內(nèi)進(jìn)行膨化，獲得多孔蠕蟲狀的膨脹石墨。

所述步驟（2）中，所述分散劑優(yōu)選為無水乙醇；所述的堿液為氫氧化鈉溶液，優(yōu)選氫氧化鈉溶液濃度為1.5～2.0mol/L；所述的酸液為硝酸溶液，優(yōu)選硝酸溶液質(zhì)量濃度為50~68%。

所述步驟（2）中，膨脹石墨除油、粗化是在超聲波條件下進(jìn)行，超聲波功率優(yōu)選30-45kHz。

具體的，所述的步驟（2）按照如下進(jìn)行：用無水乙醇浸濕分散步驟（1）制得的膨脹石墨，而后將其置于1.5～2.0mol/L的NaOH溶液中，用30~45kHz超聲波在20~30℃進(jìn)行清洗2~3h，然后用去離子水清洗至中性，抽濾得到除油后的膨脹石墨；將除油后的膨脹石墨置于50~68%硝酸溶液中，在室溫下用30~45kHz超聲波進(jìn)行分散2~3h，靜置24h后去離子水洗滌至中性，得到粗化后的膨脹石墨；將粗化后的膨脹石墨在80~120℃干燥10~12小時(shí)，即得膨脹石墨載體。

所述步驟（3）中，所述的膨脹石墨載體與氯鉑酸和氯化鈷混合溶液中含有的鉑和鈷的總質(zhì)量之比為20：9~22；所述的氯鉑酸和氯化鈷混合溶液中，氯鉑酸H₂PtCl₆·6H₂O和氯化鈷CoCl₂·6H₂O的質(zhì)量比優(yōu)選為10：24~72；更優(yōu)選所述的氯鉑酸和氯化鈷混合溶液，氯鉑酸H₂PtCl₆·6H₂O的濃度為5?g/L，氯化鈷CoCl₂·6H₂O的濃度為12～36?g/L。

所述步驟（3）中，所述的浸漬還原法所采用的還原劑優(yōu)選硼氫化鈉溶液，投料時(shí)使硼氫化鈉過量。