[發明專利]一種PtRu/C催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201410401052.X
• 申請日: 2014-08-14
• 公開（公告）號: CN104209122A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 邢巍;肖梅玲;祝建兵
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: B01J23/58
• 分類號: B01J23/58;H01M4/92
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 李外

技術領域

本發明屬于催化劑制備方法領域，具體涉及一種PtRu/C催化劑及其制備方法。

背景技術

直接甲醇燃料電池是采用甲醇為燃料將化學能直接轉化為電能的一種裝置。由于其能量轉化效率高、便于攜帶與儲存、無污染等優點，直接甲醇燃料電池近年來得到了越來越廣泛的關注與研究。但是，由于甲醇氧化過程復雜，低溫下陽極電氧化活性不高，造成較高的陽極過電位，氧化過程中，產生復雜的中間產物，某些中間產物不可逆地吸附在電極表面，成為毒化物種，降低催化劑的活性，從而降低了電池效率和燃料利用率。因此探尋一種高效的甲醇電氧化催化劑對推進直接甲醇燃料電池的發展具有重要的意義。

目前，PtRu催化劑被公認為最有前景的直接甲醇燃料電池陽極催化劑，Ru的加入能有效地降低甲醇氧化的過電位，并大大提高了Pt抗CO毒化的能力。但是由于Pt和Ru的晶格不匹配，還原電位差較大，使得高度分散的PtRu合金的制備比較困難。

現有技術公開了多種PtRu/C納米催化劑的制備方法,如傳統的微波輔助多元醇還原法(S.Y.Wang,X.Wang,S.P.Jiang,Langmuir,2008,24,10505-10512)和膠體法(W.Vogel,P.Britz,H.Bonnemann,J.Rothe,J.Hormes,JPhysChemB,1997,101,11029-11036)。但是，這些方法制備的PtRu/C納米催化劑的分散性有待提高，催化性能也不能滿足商業化的要求。所以如何在溫和的條件下大規模制備分散均勻，合金化程度較高的PtRu/C納米催化劑是主要解決的問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的制備方法得到的PtRu/C催化劑分散性差、催化性能差且反應條件嚴苛的問題，而提供一種PtRu/C催化劑及其制備方法。

本發明首先提供一種PtRu/C催化劑的制備方法，包括如下：

步驟一：將碳載體分散于水中，得到第一懸濁液；

步驟二：向第一懸濁液中加入氯鉑酸溶液和氯化釕溶液，得到第二懸濁液；

步驟三：將第二懸濁液倒入硼氫化鈉溶液中，置于室溫下攪拌得到PtRu/C催化劑。

優選的是，所述的碳載體為活性炭、碳納米管或石墨烯。

優選的是，所述的氯鉑酸和氯化釕的摩爾比為(1～3):(1～3)。

優選的是，所述的氯鉑酸與碳載體的質量比為(104～311):(300～400)。

優選的是，所述硼氫化鈉和氯鉑酸的摩爾比為(100～40):(1～3)。

優選的是，所述的步驟三的攪拌時間為6h～24h。

本發明還提供上述制備方法得到的PtRu/C催化劑。

本發明的有益效果

本發明首先提供一種PtRu/C催化劑的制備方法，該方法先將碳載體分散于水中，得到第一懸濁液；然后向第一懸濁液中加入氯鉑酸溶液和氯化釕溶液，得到第二懸濁液；再將第二懸濁液倒入硼氫化鈉溶液中，置于室溫下攪拌得到PtRu/C催化劑。與現有技術相比，本發明由于將碳吸附的金屬前軀體快速反加到新制的強還原劑硼氫化鈉中，使得Pt和Ru同時還原形成穩定的合金，且硼氫化鈉同時可作為一種穩定劑抑制PtRu納米粒子的聚集，使得到的PtRu納米粒子均勻地分散于碳表面，從而提高催化劑的活性和穩定性。同時，本發明的方法簡單、條件溫和，無需pH的調控、穩定劑的添加以及催化劑的后處理，易于大規模生產。

本發明還提供一種PtRu/C催化劑，該催化劑粒徑較小且分散均勻，并具有良好的甲醇電氧化反應催化性能的PtRu/C催化劑，實驗表明，通過本發明提供的方法制備得到的PtRu/C催化劑載量為30wt％時，以硫酸為電解質在甲醇溶液中的質量活性達到447mA/mg，比商業PtRu/C催化劑的質量活性提高近1倍。

附圖說明

圖1為比較例1所提供的PtRu/C催化劑在20nm標尺下的透射電鏡照片。

圖2為比較例1所提供的PtRu/C催化劑在甲醇溶液中的循環伏安掃描曲線。

圖3為本發明實施例1所制備的PtRu/C催化劑在20nm標尺下的透射電鏡照片。

圖4為本發明實施例1所制備的PtRu/C催化劑在甲醇溶液中的循環伏安掃描曲線。

圖5為本發明實施例2所制備的PtRu/C催化劑在20nm標尺下的透射電鏡照片。

圖6為本發明實施例2所制備的PtRu/C催化劑在甲醇溶液中的循環伏安掃描曲線。

具體實施方式