[發明專利]一種粒徑可控的Pt/C/PTFE型疏水催化劑微球及其制備方法

有效

• 申請號: 201410103182.5
• 申請日: 2014-03-19
• 公開（公告）號: CN103846107A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 常振旗;宋子凡
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B01J31/28
• 分類號: B01J31/28;B01J35/08
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

1.一種粒徑可控的Pt/C/PTFE型疏水催化劑微球的制備方法，其特征在于：分別配制分散相溶液和連續相溶液，將分散相溶液通入毛細管，在所述毛細管的流出端口處，所述分散相溶液被所述連續相溶液剪切，形成尺寸均一的分散相溶液液滴，通過改變毛細管尺寸、分散相溶液的流量、連續相溶液的流量或連續相溶液的粘度，控制所述分散相溶液液滴的粒徑，對所述分散相溶液液滴進行固化、燒結即得所述粒徑可控的Pt/C/PTFE型疏水催化劑微球。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：按如下步驟進行：

a、凝固浴溶液的配制：將含硼化合物加入氨基醇溶液中，磁力攪拌并加熱使所述含硼化合物溶解，之后再加入醇溶液繼續磁力攪拌均勻，即得凝固浴溶液；所述凝固浴溶液中含硼化合物的濃度為0.005～0.030g·mL^-1；

b、分散相溶液的配制：在去離子水和聚四氟乙烯乳液中加入十二烷基硫酸鈉獲得混合液A，在所述混合液A中加入負載有鉑的碳黑，并使用球磨機球磨使所述負載有鉑的碳黑在所述混合液A中均勻分散，然后再加入聚乙烯醇水溶液，獲得混合液B，通過超聲分散使負載有鉑的碳黑在所述混合液B中均勻分散，即得分散相溶液；

c、連續相溶液的配制：將低極性化合物與醇按體積比100∶50～200混合并攪拌均勻，即得連續相溶液；

d、調整分散相溶液的流量及連續相溶液的流量和粘度：控制分散相溶液流量范圍為1～10μL·min^-1，連續相溶液的流量范圍為10～500μL·min^-1，連續相溶液的粘度范圍為500～2000mPa·s；

e、分散相溶液液滴的形成：將分散相溶液通入毛細管，在所述毛細管的流出端口處，所述分散相溶液被所述連續相溶液剪切，形成尺寸均一的分散相溶液液滴，通過改變毛細管尺寸、分散相溶液的流量、連續相溶液的流量或連續相溶液的粘度，調控所述分散相溶液液滴的直徑；

f、分散相溶液液滴的固化：收集步驟e所得的分散相溶液液滴于步驟a配制得凝固浴溶液中，固化反應后，分散相溶液液滴固化為粒徑可控的單分散微球；

g、單分散微球的燒結：將步驟f所制得的單分散微球洗滌、干燥后，放入高溫箱式爐中燒結，即得粒徑可控的Pt/C/PTFE型疏水催化劑微球。

3.如權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟a中所述含硼化合物為硼砂或硼酸；步驟a中所述醇溶液為異戊醇、異辛醇或正丁醇；步驟a中所述氨基醇溶液為三乙醇胺或二乙醇胺；所述醇溶液和所述氨基醇溶液的體積比為1.5～3∶1；加熱使含硼化合物溶解的溫度為70℃。

4.如權利要求2所述的方法，其特征在于：

在步驟b中，混合液A中去離子水和聚四氟乙烯乳液的體積比為1～4∶1，去離子水和十二烷基硫酸鈉的質量比為100∶0.5～2，負載有鉑（Pt）的碳黑在混合液A中的含量為1%～10%；

聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的含量為4%～10%；聚乙烯醇水溶液與混合液A的質量比為1∶1～2。

所述球磨機球磨時間為6～12小時；

所述超聲分散的時間為15～45分鐘。

5.如權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟c中所述低極性化合物為硅油、大豆油或色拉油；所述醇為異戊醇、異辛醇或正丁醇。

6.如權利要求2所述的方法，其特征在于：

步驟f中所述固化反應的時間為4～6小時。

7.如權利要求2所述的方法，其特征在于：

步驟g中洗滌、干燥的條件為：在凝固浴溶液中過濾出步驟f所獲得的單分散微球，并用有機溶劑洗滌，然后置于水溶性溶劑中浸泡24小時后，濾去所述水溶性溶劑，將單分散微球在80℃的條件下干燥12小時；

所述燒結的條件為：以5℃·min^-1的升溫速率升至150℃，保持1小時，再以5℃·min^-1的升溫速率升至350℃，保持3小時，之后以10℃·min^-1的降溫速率降至常溫。

8.如權利要求7所述的方法，其特征在于：所述有機溶劑為非極性有機溶劑或弱極性有機溶劑；所述水溶性溶劑為甲醇、乙醇、丙酮中的一種或幾種按任意比例混合。

9.權利要求1～8任意一項所述制備方法所制備的粒徑可控的Pt/C/PTFE型疏水催化劑微球。

10.如權利要求9所述的Pt/C/PTFE型疏水催化劑微球，其特征在于：所述Pt/C/PTFE型疏水催化劑微球的粒徑范圍為150～1500μm，分散系數CV小于5%，具有疏水特性和多孔特性。