[發明專利]一種限閾型Pt基氫氣氧化催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201911148345.0
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN110882694A
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 杜肖;卓歐;王喜章;吳強;楊立軍;胡征
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;B01J27/24;B01J35/00;H01M4/92
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王術娜

本發明提供了一種限閾型Pt基氫氣氧化催化劑及其制備方法，屬于氫氣氧化催化領域。本發明提供了一種限閾型Pt基氫氣氧化催化劑，包括載體和填充在所述載體內部的Pt納米顆粒，所述載體為碳基納米籠或氮摻雜的碳基納米籠。本發明中Pt納米顆粒位于碳基納米籠或氮摻雜的碳基納米籠的納米空腔中，被限閾從而無法發生遷移、團聚，是其高催化、穩定性的本質原因。實施例的數據表明，本發明提供的限閾型Pt基氫氣氧化催化劑的氫氣電催化性能優異，經5000次循環后極限電流密度基本不變。

技術領域

本發明涉及氫氣氧化催化技術領域，尤其涉及一種限閾型Pt基氫氣氧化催化劑及其制備方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池作為解決能源問題、環境問題的研究方向之一，日益被人們重視。在酸性條件下，燃料電池的陽極反應為氫氣轉換為氫離子并釋放出電荷，在此過程中，Pt基催化劑仍是目前性能最好、使用最廣泛的催化劑。但是酸性條件下Pt作為陽極催化劑的缺點也很明顯：一方面納米粒子有團聚成較大的顆粒以減少高比表面能的固有傾向，所以Pt顆粒會團聚和生長，導致其表面能降低，催化活性降低。并且，負載的Pt基催化劑在酸性溶液中，Pt會溶解或遷移，導致Pt的流失和重新分配。傳統鉑碳催化劑的這些缺點使得催化劑的穩定性不高，利用率下降，交換膜燃料電池的輸出功率逐漸下降。

目前的研究辦法研究非貴金屬催化劑或者將Pt與其他金屬制成合金，但是效果并不明顯，想維持高的催化活性，那穩定性就要下降，如中國專利CN201811228440.7提供一種基于碳納米籠載體的金屬單原子催化劑，該金屬單原子催化劑包括碳納米籠載體和嵌入所述碳納米籠載體籠壁微孔通道中的金屬單原子，也存在催化活性和穩定性不能同時兼顧的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種限閾型Pt基氫氣氧化催化劑及其制備方法。本發明提供的限閾型Pt基氫氣氧化催化劑具有高催化活性和高穩定性。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種限閾型Pt基氫氣氧化催化劑，包括載體和填充在所述載體內部的Pt納米顆粒，所述載體為碳基納米籠或氮摻雜的碳基納米籠。

優選地，所述Pt納米顆粒占載體的百分數為10～40wt.％。

優選地，所述Pt納米顆粒占載體的百分數為15～22wt.％。

優選地，所述氮摻雜的碳基納米籠中的氮含量為0～20at.％。

優選地，所述載體的籠壁微孔為0.4～1.5nm。

本發明還提供了上述技術方案所述的限閾型Pt基氫氣氧化催化劑的制備方法，包括以下步驟：

提供載體；

將所述載體置于真空填充裝置中抽真空后，將H₂PtCl₆溶液加入真空填充裝置攪拌浸漬，得到懸浮液；

將所述懸浮液過濾后，將所得固體物質依次用蒸餾水和無水乙醇洗滌后干燥，得到固體產物；

將所述固體產物進行熱處理，得到所述限閾型Pt基氫氣氧化催化劑。

優選地，所述H₂PtCl₆溶液的濃度為0.05～0.5mol/L。

優選地，所述攪拌浸漬的溫度為50～100℃，時間為8～24h。

優選地，所述熱處理在氫氣氣氛中焙燒，所述焙燒的溫度為300～600℃，時間為2～4h。

優選地，所述抽真空為至絕對壓力小于5Pa。