[發(fā)明專利]一種碳負(fù)載鉑基合金催化劑的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010570976.8
• 申請(qǐng)日: 2020-06-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111659419B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾建皇;楊麗君;肖卓杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 氫電中科（廣州）新能源設(shè)備有限公司
• 主分類號(hào): B01J23/89
• 分類號(hào): B01J23/89;B01J37/00;H01M4/92
• 代理公司: 常德市長(zhǎng)城專利事務(wù)所(普通合伙) 43204
• 代理人: 游先春

本發(fā)明提供了一種碳負(fù)載鉑基合金催化劑的制備方法，將含鉑的前驅(qū)體化合物、含過(guò)渡金屬的前驅(qū)體化合物的水溶液中，加入碳載體；再經(jīng)冰浴中調(diào)節(jié)pH值——迅速冰凍干燥——還原氣氛中熱處理——后處理制得。本發(fā)明制備得到的催化劑，合金態(tài)良好，催化活性超過(guò)普通鉑碳催化三倍以上，本發(fā)明制備方法中完全不使用表面活性劑，減少化學(xué)試劑的使用，將更有利于工業(yè)生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種貴金屬催化劑的制備方法，特別涉及一種碳負(fù)載鉑基合金催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

目前在燃料電池中的核心材料——催化劑仍普遍采用碳負(fù)載貴金屬鉑這類型催化劑，隨著氫能燃料電池的示范應(yīng)用，特別是在交通公具領(lǐng)域中的推廣應(yīng)用，燃料電池的需求量增加，對(duì)貴金屬鉑的消耗量增加，因此對(duì)于在不降低性能甚至性能還需提高的條件下，降低鉑的用量始終是技術(shù)的方向。采用碳負(fù)載的貴金屬鉑與其它非貴金屬形成的鉑基合金是目前替代方案中應(yīng)用比較多的，其制備方法也多采用液相還原法，如中國(guó)專利申請(qǐng)1026106298155公開(kāi)了一種制備納米鉑鎳合金的方法。但目前鉑基合金類催化劑由于制備方法的制約，不能形成具有良好催化活性的鉑基合金，而使得其仍不能滿足其在燃料電池中的使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種可形成具有良好催化活性的碳負(fù)載鉑基合金催化劑的制備方法。本發(fā)明通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)。

一種碳負(fù)載鉑基合金催化劑的制備方法，按下述步驟依序進(jìn)行：

（Ⅰ）將含鉑的前驅(qū)體化合物、含過(guò)渡金屬的前驅(qū)體化合物的水溶液中，加入碳載體，獲得混合均勻的漿液；

（Ⅱ）將第Ⅰ步制得的混合漿液置于在冰浴中，在攪拌條件下，冷卻混合漿液，至-2℃~1℃；

（Ⅲ）用強(qiáng)堿溶液在第一指定時(shí)間快速調(diào)節(jié)第Ⅱ步經(jīng)冷卻的混合漿液的pH值為12~14，所述的第一指定時(shí)間為不大于5分鐘；

（Ⅳ）將第Ⅲ步制備的漿液在第二指定時(shí)間內(nèi)快速冰凍，之后再冷凍干燥；所述第二指定時(shí)間為不大于2分鐘；

（Ⅴ）將第Ⅳ制得的經(jīng)冷凍干燥后的鉑基合金前驅(qū)體置于還原氣氛中于溫度為500~800℃熱處理6小時(shí)以上。

為制得品質(zhì)更佳的合金催化劑，將經(jīng)所述第Ⅳ步后的產(chǎn)物經(jīng)酸洗——抽濾——真空干燥的后處理，制得最終產(chǎn)品。

在第Ⅱ步混合漿液冷卻至冰點(diǎn)附近后的第一指定時(shí)間若在3分鐘以內(nèi)，形成合金的均勻性更佳。

而在完成第Ⅲ步的調(diào)節(jié)pH值后，需在第二指定時(shí)間以內(nèi)將混合漿液置于冰凍環(huán)境中，而這個(gè)一定時(shí)間特別受到限制，時(shí)間越短，合金催化劑的性能越佳，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，較2分鐘更宜的時(shí)間上限為1分鐘。

為使催化劑使用性能，第Ⅰ步中，含鉑的前驅(qū)體化合物與含過(guò)渡金屬的前驅(qū)體化合物的摩爾比為（1~4）:1，含鉑的前驅(qū)體化合物中鉑與加入的碳載體與的質(zhì)量比為40%~60%。含鉑的前驅(qū)體化合物為氯鉑酸、氯亞鉑酸鉀、氯亞鉑酸、氯亞鉑酸鈉、氯鉑酸鉀、氯鉑酸鈉中的一種；所述含過(guò)渡金屬的前驅(qū)體化合物為鐵、鈷、鎳或銅的氯化物、硫酸鹽或乙酸鹽中的一種或多種。

第Ⅳ步的將混合漿液置于冰凍環(huán)境中，采用液氮冷凍方式更宜。

第Ⅴ步中的還原氣氛為氫氣、氫氣與氮?dú)狻錃舛栊詺怏w的混合氣體等。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：