[發(fā)明專利]一種離子液體電沉積制備Pt基合金催化劑的方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201811264417.3 | 申請日： | 2018-10-29 |
| 公開（公告）號： | CN109183098A | 公開（公告）日： | 2019-01-11 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 任雪峰;呂前遠(yuǎn);柳麗芬;劉碧荷 | 申請（專利權(quán)）人： | 大連理工大學(xué) |
| 主分類號： | C25D3/66 | 分類號： | C25D3/66;H01M4/92 |
| 代理公司： | 大連理工大學(xué)專利中心 21200 | 代理人： | 李曉亮;潘迅 |
| 地址： | 124221 遼*** | 國省代碼： | 遼寧;21 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基合金 制備 催化劑 電沉積 離子液體 共沉積 鍍液 沉積 金屬 形貌 催化劑顆粒 電化學(xué)領(lǐng)域 蜂窩狀結(jié)構(gòu) 多孔納米 非水溶液 分散均勻 合金鍍液 恒定電流 納米顆粒 恒流源 恒壓源 可控性 摩爾比 前處理 溶劑 團(tuán)簇 配制 施加 | ||
一種離子液體電沉積制備Pt基合金催化劑的方法，屬于電化學(xué)領(lǐng)域。包括：首先，對沉積所需要的基體進(jìn)行前處理；其次，配制Pt基合金鍍液；最后，在鍍液中電沉積Pt基合金催化劑。本發(fā)明溶劑采用離子液體而非水溶液，將Pt與第二組分(金屬或非金屬)共沉積在基體上。通過調(diào)整合金鍍液中Pt鹽與第二組分(金屬或非金屬)鹽的摩爾比，電沉積的電流密度、電壓、電沉積時間、溫度等工藝參數(shù)，共沉積制備Pt基合金催化劑。本發(fā)明通過采用恒流源或恒壓源施加恒定電流或電壓的方法制備Pt基合金催化劑，制備方法簡單，可控性強(qiáng)，制備的Pt基合金催化劑顆粒形貌多為蜂窩狀結(jié)構(gòu)、多孔納米團(tuán)簇或分散均勻的納米顆粒，具有較大的比表面積。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于電沉積技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種使用離子液體電沉積制備Pt基合金催化劑的方法。
背景技術(shù)
當(dāng)今社會，人們對化石能源的消耗與日俱增，但這一類能源的長期、大規(guī)模的應(yīng)用已經(jīng)給環(huán)境造成了巨大的破壞。為了緩解能源危機(jī)與環(huán)境污染這兩大問題，研究開發(fā)新能源以及新能源轉(zhuǎn)換技術(shù)迫在眉睫。其中，燃料電池作為重要的新能源形式，以其能量轉(zhuǎn)化效率高、無噪音、無污染的特點(diǎn)而成為受到廣泛關(guān)注的新能源技術(shù)。燃料電池在電動車、固定電站以及可移動電源等領(lǐng)域具有很廣闊的應(yīng)用前景。然而，目前燃料電池主要使用的貴金屬Pt催化劑，其過高的成本以及燃料電池耐久性不足等問題嚴(yán)重阻礙了其商業(yè)化推廣的進(jìn)展。
為了降低貴金屬Pt的用量并提高催化劑的穩(wěn)定性、耐久性，Pt基合金催化劑是改性Pt基催化劑的重要手段，是在Pt催化劑中摻入非鉑貴金屬或摻入價格相對低廉且資源豐富的金屬或非金屬與Pt形成合金催化劑。摻入的金屬能有效的影響Pt表面的電子狀態(tài)，使Pt-Pt之間的間距改變，防止Pt納米顆粒的聚集。研究表明，Pt基催化劑中摻入Rh、Pd、Au、Ag、Ru等貴金屬，可以有效提高催化劑的活性和抗CO中毒能力。例如，納米級的Au、Ru可以促進(jìn)水活化解離，改變Pt的電子結(jié)構(gòu)，削弱Pt與COads結(jié)合強(qiáng)度，使COads更易氧化，有效減輕Pt易CO中毒的情況。Pd可以提高含氧物種OHads等的吸附量，降低反應(yīng)活化能，提高反應(yīng)速率。同時，研究還表明，F(xiàn)e、Co、Ni或Cu等較廉價的3d過渡金屬與Pt催化劑形成Pt基合金后，可利用不同組分之間的應(yīng)變和電子效應(yīng)來降低Pt的用量，同時對Pt納米顆粒起到錨定作用，抑制Pt納米顆粒的遷移聚集，從而增強(qiáng)催化劑的穩(wěn)定性和抗CO中毒能力。摻入的非金屬，例如B、C、P、S或N等，可與Pt原子形成化學(xué)鍵，從而改善Pt的分散性，從而使催化劑具備更好的催化性能和電化學(xué)穩(wěn)定性。
目前，Pt基合金催化劑的制備方法主要有化學(xué)還原法、溶膠凝膠法等，但是這些方法操作步驟繁瑣。通常會使用表面活性劑以及添加劑等化學(xué)藥劑，不是綠色環(huán)保型的制備方法。另外，利用化學(xué)還原方法制備的Pt基催化劑通常會存在顆粒團(tuán)聚問題，從而影響其催化性能。因此，從環(huán)保、操作工藝以及生產(chǎn)成本等方面考慮，開發(fā)一種環(huán)保、操作簡單、生產(chǎn)成本低的Pt基合金催化劑制備方法具有十分重要的技術(shù)應(yīng)用價值和理論意義。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種Pt基合金催化劑在離子液體中電沉積制備的方法，該催化劑可用于燃料電池等多種Pt基催化劑可以應(yīng)用的催化領(lǐng)域。針對目前制備Pt基催化劑方法存在的不足之處，提供一種操作簡單、環(huán)保、低成本制備Pt基合金催化劑的方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
一種離子液體電沉積制備Pt基合金催化劑的方法，該方法通過在離子液體中配制金屬合金鹽溶液作為電鍍液，利用直流電源，設(shè)置不同的電流值或電壓值，將合金金屬按照一定比例均勻地沉積在基體上，得到平均粒徑在納米級別的Pt基合金催化劑。具體包括以下步驟：
第一步，基體的前處理
對沉積所需要的基體依次進(jìn)行除油、活化、水洗、吹干。
第二步，配制Pt基合金鍍液
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