[發(fā)明專利]一種碳載鉑合金粉末及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910316713.1
• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號(hào): CN110112430A
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚陳思琦;易偉;李繼剛;陳家林
• 申請（專利權(quán)）人: 貴研鉑業(yè)股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/92
• 分類號(hào): H01M4/92;H01M4/88;B82Y30/00
• 代理公司: 昆明今威專利商標(biāo)代理有限公司 53115
• 代理人: 賽曉剛

本發(fā)明公開了一種碳載鉑合金粉末及其制備方法，所制備的為碳載鉑鈷鎳釕四元合金催化劑粉末，顆粒呈球形，粒徑為1?4μm，負(fù)載在炭黑上的的納米合金粒子呈球形，粒徑為2?5nm,其中Pt的負(fù)載量大于45％，Pt與其他金屬的原子均比為3:1。本發(fā)明以金屬的水溶性鹽，工業(yè)Vulcan XC?72炭黑為原料，通過液相浸漬結(jié)合霧化干燥和煅燒工藝制得碳載鉑合金催化劑粉末，具體制備方法包括(1)炭黑預(yù)處理；(2)霧化干燥；(3)粉體還原煅燒。制備出的碳載鉑合金粉末，甲醇催化的電化學(xué)質(zhì)量比活性為314mA/mg_pt。該粉末可作為質(zhì)子交換膜燃料電池和直接甲醇燃料電池的催化劑，市場需求巨大，應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于粉體制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳載鉑合金粉體的制備方法。

背景技術(shù)

鉑(Pt)和Pt基材料被認(rèn)為是對質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)陰極氧還原反應(yīng)(ORR)最有效的電催化劑，是目前商用的燃料電池的主要催化劑，高性能Pt和其合金催化劑的制備是決定PEMFC的大規(guī)模應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。

目前PEMFC中陽極和陰極使用最為廣泛的仍然是Pt催化劑，而Pt的成本高，性能低和穩(wěn)定性差阻礙了PEMFC的商業(yè)化應(yīng)用。由于Pt合金比純Pt更優(yōu)異的電催化性能和穩(wěn)定性，Pt合金催化劑被認(rèn)為是繼純鉑后第二代燃料電池催化劑。催化劑顆粒的大小、結(jié)晶度、分散性和碳載體性質(zhì)等都是影響影響催化劑電化學(xué)性能的因素。由于不同的制備方法會(huì)得到不同的大小、形貌、結(jié)晶度和分散性的催化劑，因此根據(jù)需要選擇合適的方法制備催化劑顯得尤為重要。目前常用的催化劑制備方法是浸漬-液相還原法，將Pt的前驅(qū)體和其它金屬的前驅(qū)體化合物溶解在溶劑中，再加入碳載，充分?jǐn)嚢枋谷芤撼浞只旌虾蠹尤脒€原劑將金屬還原出來。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可操作性強(qiáng)，缺點(diǎn)是還原出來的金屬顆粒大小不易控制，分散性較差。噴霧干燥法作為一種有效的制備納米復(fù)合含能材料的方法，具有細(xì)化程度高、可操作性強(qiáng)和細(xì)化粒子均勻性好等特點(diǎn)，可以用來制備尺寸均一可控的，Pt均勻分散的顆粒催化劑。

專利文件1發(fā)明了一種制備燃料電池催化劑石墨化碳載體的方法，具體是將金屬鹽和碳材料按比例混合、干燥后進(jìn)行高溫處理，其次將處理后的材料洗滌、過濾烘干，得到石墨化碳載體，最后通過對其進(jìn)行乙二醇還原氯鉑酸法處理的得到鉑碳催化劑。該方法制備出的鉑顆粒與碳載體結(jié)合緊密，并表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性。但該專利并未表明所制備的催化劑顆粒形貌及大小，且該專利所述方法所需制備時(shí)間較長，操作溫度較高。專利文件2提供了一種碳載核殼型銅-鉑催化劑粉末的制備方法。該方法利用兩步還原法，即先還原非貴金屬，在還原貴金屬，通過控制反應(yīng)的溫度和pH值，使貴金屬在非貴金屬的表面沉積，該方法可以使納米金屬顆粒直接在載體上生長，增強(qiáng)了催化劑顆粒和碳載體的結(jié)合，使催化劑更加穩(wěn)定，但該方法金屬顆粒大小不易控制，分散性較差。專利文件3提供了一種核殼結(jié)構(gòu)催化劑粉末的制備方法：首先制備標(biāo)準(zhǔn)電極電勢低的金屬納米顆粒，用其將標(biāo)準(zhǔn)電極電勢高的金屬置換出來，控制從而獲得被置換的金屬包覆在標(biāo)準(zhǔn)電極電勢低的金屬納米顆粒表面的核殼催化劑。該方法雖能做出完整核殼型催化劑，但制備耗時(shí)較長，工序復(fù)雜，且不適用于制備電勢相近金屬的多元鉑合金催化劑。

專利文件1：CN 108649243 A

專利文件2：CN 102088091 A

專利文件3：CN 1872417A

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種碳載鉑合金粉末的制備方法，在盡可能提高粉末均一性和合金在碳載體中的負(fù)載率和分散性的同時(shí)，盡量提高Pt的催化活性。