[發明專利]碳載鉑催化劑粉體及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010422825.8
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111509240B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 曾林;陳會兵;趙志亮;張建碩
• 申請（專利權）人: 深圳市通用氫能科技有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/92
• 代理公司: 深圳市韋恩肯知識產權代理有限公司 44375
• 代理人: 黃昌平

本發明公開了一種碳載鉑催化劑粉體及其制備方法和應用，所述制備方法包括在氫氣氣氛下以150?400℃的溫度煅燒碳載鉑前驅體粉體，得到碳載鉑催化劑粉體。由于單獨的鉑鹽能夠在氫氣氣氛、150?400℃的溫度下發生還原反應，因此，將碳載鉑前驅體粉體置于150?400℃的溫度下進行還原處理，能夠有效降低鉑顆粒的團聚趨勢，使得還原后的鉑顆粒粒徑處于1?5納米內，從而保證碳載鉑催化劑粉體的活性和穩定性。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，特別涉及一種碳載鉑催化劑粉體及其制備方法和應用。

背景技術

采用氫氣作為燃料的質子交換膜燃料電池（PEMFCs）作為動力的燃料電池汽車（FCEV），具有充氣時間短、續航里程長以及零排放等優點，被認為是汽車電動化的終極發展目標。PEMFCs由催化劑、質子交換膜、氣體擴散層、雙極板等構成，其中陰極氧氣還原反應（ORR）和陽極氫氣氧化反應（HOR）主要靠催化劑完成。碳載鉑（Pt/C）是現階段應用最廣泛的ORR和HOR催化劑，其一般由載體材料，如高比表面積碳，負載鉑的納米顆粒（通常1-5納米）組成。然而，由于鉑的稀有屬性，導致碳載鉑催化劑粉體價格高昂，通過提高碳載鉑催化劑粉體的活性，降低鉑的載量是促進FCEV大規模應用的重要手段。

在現有技術中，一般采用鉑鹽制備碳載鉑催化劑粉體，但是，制備的碳載鉑催化劑粉體中的鉑顆粒存在嚴重的團聚趨勢，導致鉑顆粒的粒徑較大，使得碳載鉑催化劑粉體的活性較弱。另一方面，現有碳載體很少進行前處理，導致制備的Pt/C催化劑在高電位容易發生電化學腐蝕，導致PEMFCs長期穩定性較差。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種碳載鉑催化劑粉體及其制備方法和應用，旨在解決現有技術中因鉑顆粒存在嚴重團聚趨勢導致碳載鉑催化劑粉體的活性較弱的技術問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供的技術方案為：

一種碳載鉑催化劑粉體的制備方法，包括：

在氫氣氣氛下以150-400℃的溫度煅燒碳載鉑前驅體粉體，得到碳載鉑催化劑粉體。

本發明提供的另一技術方案為：

一種碳載鉑催化劑粉體的制備方法，包括：

對碳材料進行高溫石墨化處理，得到碳載體；

對所述碳載體和鉑鹽進行懸濁液配制處理，得到前驅體懸濁液；

對所述前驅體懸濁液進行噴霧干燥處理，得到碳載鉑前驅體粉體；

對所述碳載鉑前驅體粉體進行氫氣熱還原處理，得到碳載鉑催化劑粉體，其中，所述氫氣熱還原處理包括：在氫氣氣氛下以150-400℃的溫度煅燒所述碳載鉑前驅體粉體。

其中，所述氫氣濃度為2vl%-20vl%。

其中，所述對碳材料進行高溫石墨化處理的步驟包括：

將碳材料置于高溫碳化爐中，在惰性氣體保護下，以10-15℃/min的升溫速率升至1000-2000℃并煅燒1-10h，之后冷卻至室溫，再進行研磨。

其中，對所述碳載體和鉑鹽進行懸濁液配制處理的步驟包括：

將所述碳載體加入第一分散劑中，得到碳載體懸濁液；

將鉑鹽加入第二分散劑中，得到鉑鹽溶液；

將所述碳載體懸濁液和所述鉑鹽溶液混合，得到前驅體懸濁液；其中，所述第一分散劑和所述第二分散劑為同一分散劑。

其中，對所述前驅體懸濁液進行噴霧干燥處理的步驟包括：

將所述前驅體懸濁液在流量為6.0-15.0ccm、進口溫度為60-150℃、噴霧氣壓為0.1-1.0MPa的條件下噴出，并在熱氣流的作用下干燥。