[發(fā)明專利]一種PtCo/C電催化劑及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810581484.1
• 申請(qǐng)日: 2018-06-07
• 公開（公告）號(hào): CN108899558B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林瑞;閆海旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/90
• 分類號(hào): H01M4/90;H01M4/92;H01M4/88
• 代理公司: 蘇州攜智匯佳專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32278
• 代理人: 溫明霞

本發(fā)明涉及一種PtCo/C電催化劑及其制備方法，催化劑載體為碳黑材料，活性組分為Pt或可溶性Pt，助劑為Co的可溶性無機(jī)鹽，Pt占催化劑總體質(zhì)量的30?50％，Pt與Co的摩爾比為3?1：1，制備方法為：將活性組分前驅(qū)體和助劑前驅(qū)體分步加入到載體中，經(jīng)還原劑將活性組分還原，經(jīng)過濾、洗滌、沉淀、干燥、研磨，再將得到的粉末在高溫條件下使用還原性氣體將助劑前驅(qū)體進(jìn)一步還原，即得產(chǎn)品。本發(fā)明采用水相分散混合制備法和高溫氣體還原法，利用還原劑將金屬Pt和Co從前驅(qū)體中還原，負(fù)載在載體碳黑材料上，可用于工業(yè)化大批量制備，制備的催化劑顆粒分布均勻，尺寸小，氧還原反應(yīng)催化活性高等特征，操作簡(jiǎn)單且制備溫度低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)和新能源材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種PtCo/C電催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)作為一種環(huán)境友好的能源方式，在當(dāng)今石油資源日益枯竭的形勢(shì)下，引起了世界各國(guó)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注。催化劑是PEMFC的關(guān)鍵材料，催化劑的催化效率決定了電極的反應(yīng)速率，也就決定了燃料電池的效率，同時(shí)它對(duì)降低燃料電池成本，提高其耐久性有著不可忽視的作用。研發(fā)合金催化劑載體分散，并且優(yōu)化化學(xué)合成步驟制備催化劑，是提高其性能及耐久性，使這種催化劑制備方法能夠適用于大規(guī)模制備，從而降低催化劑成本的關(guān)鍵技術(shù)。

為了提高貴金屬的利用率，常將貴金屬負(fù)載在某些載體上提高分散性。催化劑載體不僅起到對(duì)催化劑活性組分的支撐和分散作用，同時(shí)對(duì)催化劑的傳質(zhì)、傳熱以及化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等具有重要作用。碳黑材料(vulcan XC-72，乙炔黑，Ketjen黑，碳納米管，碳納米角，碳納米分子篩，石墨納米纖維，氧化石墨烯，石墨烯等碳材料)是燃料電池催化劑理想的載體選擇，因?yàn)槠渚邆淙缦聴l件：(1)較高的比表面積，能有效地分散貴金屬活性組分；(2)具有良好的電子傳導(dǎo)能力；(3)適當(dāng)?shù)目捉Y(jié)構(gòu)，以減小反應(yīng)物、中間體和產(chǎn)物的傳輸遷移阻力。

傳統(tǒng)分散碳載體的方法是將碳載體粉末直接溶于溶劑，在容器外進(jìn)行超聲震蕩，得到墨水漿液，再進(jìn)行接下來的催化劑制備，而事實(shí)上，固體形態(tài)的碳載體會(huì)出現(xiàn)大量團(tuán)聚，僅僅放入溶劑中超聲震蕩，并不足以將碳黑顆粒分散至足夠均勻與細(xì)小，進(jìn)而會(huì)影響催化劑本身的均勻程度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題而提供一種PtCo/C電催化劑及其制備方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種PtCo/C電催化劑，包括載體、活性組分和助劑，所述載體為碳黑材料，所述活性組分為Pt或可溶性Pt，所述助劑為Co的可溶性無機(jī)鹽，其中，Pt占催化劑總體質(zhì)量的30-50％，Pt與Co的摩爾比為3-1：1，該P(yáng)tCo/C電催化劑通過以下方法制備得到：將活性組分前驅(qū)體和助劑前驅(qū)體分步加入到載體中，經(jīng)還原劑將活性組分還原，經(jīng)過濾、洗滌、沉淀、干燥、研磨，再將得到的粉末在高溫條件下使用還原性氣體將助劑前驅(qū)體進(jìn)一步還原，即得到PtCo/C電催化劑。

進(jìn)一步地，所述碳黑材料選自vulcan XC-72、乙炔黑、Ketjen黑、碳納米管、碳納米角、碳納米分子篩、石墨納米纖維、氧化石墨烯或石墨烯的一種。

進(jìn)一步地，所述活性組分前驅(qū)體選自氯鉑酸或乙酰丙酮鉑，所述助劑前驅(qū)體為Co的可溶性無機(jī)鹽，選自硝酸鈷、氯化鈷或乙酰丙酮鈷，所述還原劑為乙二醇或甲醛溶液，所述還原性氣體為氫氣。

一種PtCo/C電催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將載體分散到去離子水中，加入堿，使液體pH8，得到載體懸浮液；

(2)在磁力攪拌下將活性組分前驅(qū)體和助劑前驅(qū)體依次加入載體懸浮液中，攪拌均勻后，加入還原劑反應(yīng)；

(3)反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液冷卻至室溫，過濾并用去離子水洗滌，過濾得到沉淀物，之后將沉淀干燥、研磨，得到PtCo/C電催化劑前驅(qū)體；