[發(fā)明專利]高分散性納米Pt-SnO2/C催化劑的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310742630.1
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN103657629A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王峰;郭壯;劉景軍;宋夜;李志林;吉靜;賈怡;覃事永;張良虎;康建忠
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué);藍(lán)星（北京）化工機(jī)械有限公司
• 主分類號: B01J23/14
• 分類號: B01J23/14;B01J23/62;H01M4/92
• 代理公司: 北京五月天專利商標(biāo)代理有限公司 11294
• 代理人: 王天桂

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工領(lǐng)域，具體而言，涉及一種高分散性納米Pt-SnO₂/C催化劑的制備方法，特別是一種利用超聲輔助法制備負(fù)載鉑基二氧化錫復(fù)合催化劑的方法。

背景技術(shù)

能源作為社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是提高人們生活水平的先決條件。近年來，由于能源開發(fā)的鋪張浪費(fèi)，造成國民經(jīng)濟(jì)的大量損失，因此，節(jié)能減排，高效利用能源成為整個社會的追求重點。目前，在低溫燃料電池，金屬-空氣電池等領(lǐng)域，氧氣還原反應(yīng)的應(yīng)用是一個必經(jīng)步驟，但由于氧氣還原反應(yīng)自身緩慢的動力學(xué)過程及交高的反應(yīng)過電位，導(dǎo)致了電能的大量損失，因此尋求一種優(yōu)異的氧氣還原反應(yīng)電催化劑具有深遠(yuǎn)的意義。

目前，世界上公認(rèn)最好的氧氣還原反應(yīng)電催化劑為鉑（Pt）催化劑，但由于Pt自身高昂的價格，嚴(yán)重的阻礙了其工業(yè)化進(jìn)程。近年來，研究重點已轉(zhuǎn)向Pt基復(fù)合催化劑的研發(fā)，目的是通過加入一種或多種其他成分，使催化劑具有與Pt催化劑相同或更好的催化性能。目前研究的催化劑多以Pt基二元或多元催化劑為主，例如PtRu，PtRuW，PtRuOsIr等，但Pt基氧化物催化劑也越來越受關(guān)注，如TiO₂,?SnO₂和CeO₂等。

研究發(fā)現(xiàn)，SnO₂能較大程度的改善電催化劑的活性比表面積，具有較高的電極遷移率和電導(dǎo)率等優(yōu)勢。鉑基SnO₂復(fù)合催化劑，通過鉑與SnO₂之間的雙功能機(jī)理作用，使催化劑對氧氣還原反應(yīng)較Pt/C催化劑具有更優(yōu)異的電催化活性，同時大大降低了催化劑成本。目前，對于納米SnO₂的制備方法主要有浸漬法，溶膠凝膠法等，這些方法制備過程復(fù)雜，負(fù)載形貌差并且粒徑在50nm以上，因此尋找一種制備工藝簡單，分散性高，粒徑小的炭黑負(fù)載納米SnO₂并將其應(yīng)用在Pt/C催化劑上具有開拓性意義。因此基于燃料電池、金屬-空氣電池等清潔能源商業(yè)化應(yīng)用的迫切要求，開發(fā)高活性的鉑基二氧化錫氧氣還原電催化劑將具有巨大的工業(yè)應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的一方面是提供一種高分散性的炭黑負(fù)載納米SnO₂催化劑的方法；在本發(fā)明的另一方面，涉及一種高分散性納米Pt-SnO₂/C催化劑的制備方法。

在本發(fā)明中，除非特別指出，一般而言，重量份和體積份之比為g/ml。

本發(fā)明一方面涉及炭黑負(fù)載納米SnO₂催化劑的制備方法，所述的催化劑為固體粉末，平均粒徑在5~15nm的SnO₂納米粒子分散在炭黑表面，二氧化錫納米粒子的負(fù)載率范圍為10%~100%，其特征在于所述的制備方法包括如下步驟：

（1）將硝酸酸化的1重量份炭黑置于異丙醇溶液中，異丙醇的體積為10~100重量份，超聲分散5min~30min，使炭黑溶液分散均勻；

（2）按單位質(zhì)量炭黑負(fù)載10%~100%（優(yōu)選為20%~60%）的SnO₂的量，往炭黑溶液中加入可溶液錫鹽，同時調(diào)節(jié)溶液pH值為1~3，放入超聲清洗機(jī)中超聲10~100min，得到含有錫鹽，酸化炭黑的懸濁液；

（3）將溶液放入到烘箱中干燥，溫度為60°C～100°C，待蒸干后收集樣品，將固體粉末在惰性氣體（氬氣和/或氮?dú)猓┳鳛楸Ｗo(hù)氣體的條件下進(jìn)行熱處理：首先以5～10°C/min的升溫速率升溫至200°C～500°C?，保溫焙燒0.5h～5h后，隨爐冷卻，得到炭黑負(fù)載納米二氧化錫復(fù)合催化劑。

本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，所述超聲清洗機(jī)的超聲功率設(shè)定在20Hz~100Hz范圍內(nèi)。

本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，所述的可溶性錫鹽為二水合氯化亞錫，所述炭黑為Vulcan?XC-72和/或GCB。

本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，醋酸作為pH調(diào)節(jié)劑。