[發明專利]一種電池催化劑用碳載體的預處理方法及碳載體

有效

• 申請號: 202011205511.9
• 申請日: 2020-11-02
• 公開（公告）號: CN112331862B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 王正羅;曾程;宋晨輝;喬紅艷;陳啟章
• 申請（專利權）人: 中自環保科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 成都市輔君專利代理有限公司 51120
• 代理人: 張堰黎

本發明公開了一種電池催化劑用碳載體的預處理方法及碳載體。包括：采用有機溶劑洗滌碳載體，過濾漂洗后干燥破碎，氧化性酸酸洗，過濾漂洗后在水中分散，通入氨氣并快速攪拌，干燥，熱分解，懸濁液液體蒸干，得到的固體研磨成粉即制成電池催化劑用碳載體。本發明預處理方法能夠改善原始碳載體本身的織構性質和表面化學特性，制備得到的碳載體在制備電催化劑時能夠提高貴金屬顆粒的負載量和分散度；預處理方法能夠降低碳載體中的灰分雜質含量，本發明處理方法減少了碳載體洗滌時間和去離子水用量，對進一步工業化生產提供了更環保、友好、效率更高的預處理工藝。

技術領域

本發明屬于氫燃料電池材料制備技術領域，尤其屬于一種用于氫燃料電池的電催化劑制備材料的制備技術，涉及新能源材料與燃料電池的應用技術領域，具體涉及一種氫燃料電池催化劑用碳載體的預處理方法及碳載體。

背景技術

碳材料具有多孔、比表面積大、表面化學特性可調等特點，是氫燃料電池中應用最為廣泛的載體。首先，碳材料作為一種載體，可使得貴金屬納米顆粒附著在其表面，并將貴金屬納米顆粒分散開來，避免其因團聚而喪失電化學活性。其次，碳載體和貴金屬納米顆粒之間的相互作用不但可以影響催化劑的活性和穩定性，還會改變催化劑表面的電子狀態，進而提高催化劑的活性和選擇性。然而，對于一般的原始碳載體而言，其本身是化學惰性的，它的載體特性只有經過對其表面的調控才能發揮出來。為了實現貴金屬納米顆粒的高分散和有效負載，我們通常會對碳載體進行預處理。碳載體的預處理不僅可以減少碳載體中的灰分，而且對碳載體的織構性質，如比表面積、孔結構，以及表面化學特性等產生一定的影響，而這些性質的改變又將直接決定貴金屬在碳載體上的負載量和分散程度，進而影響催化劑的活性和穩定性。

目前，對碳載體的預處理，主要下以下幾個方面：

(1)通入氧化性氣體在特定溫下焙燒處理：高溫下通入空氣，氧氣，臭氧，二氧化碳等在適宜的溫度下對碳載體表面進行氧化，促使碳載體表面形成含氧官能團，氧化碳載體表面的還原性基團，使得貴金屬能夠在碳載體表面有效負載且高度分散，同時也可以防止貴金屬鹽在吸附時直接還原造成貴金屬顆粒尺寸偏大。但是此方法控制難度較大且處理均勻程度較差，其次，碳載體的氧化損耗較大，故一般不會采用上述方法。

(2)氧化性酸處理：采用硝酸、濃硫酸(＞70wt％)，高氯酸，雙氧水，高錳酸鉀等對碳載體進行表面氧化處理，表面氧化處理一是對碳載體中的某些雜質進行氧化去除、二是增加碳載體表面含氧官能團的數量，氧化碳載體表面的還原性基團，使得貴金屬能夠在碳載體表面有效負載且高度分散；同時也可以防止貴金屬鹽在吸附時直接還原造成貴金屬顆粒尺寸偏大，活性變差。在現有酸處理方法中，由于高濃度氧化性酸具有極強的氧化能力，容易過度氧化碳載體，導致碳載體表面形成過多的缺陷，影響碳載體的電子傳輸特性和強度；其次，高溫、高壓條件下的酸洗也容易導致碳載體結構破壞。

發明內容

本發明目的是提供一種可控、環保、效率更高、處理后得到的碳載體性能更優的氫燃料電池催化劑用碳載體預處理方法及其制備的碳載體。

本發明通過以下技術方案實現：

電池催化劑用碳載體的預處理方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)碳載體洗滌：將碳載體和有機溶劑混合，室溫下攪拌3～12小時，其中，碳載體與有機溶劑的質量比例為1:40～200；

(2)過濾/漂洗：將步驟(1)得到的混合物過濾，得到的固體用無水乙醇進行至少3次漂洗，再次過濾；

(3)干燥：將步驟(2)中得到的濾餅在60～100℃下鼓風干燥8～24小時；

(4)破碎：將步驟(3)中干燥好的濾餅放入粉碎機進行破碎成粉；

(5)酸洗：將步驟(4)去除有機雜質后的碳載體與氧化性酸溶液混合，在室溫至120℃條件下攪拌1～24小時；其中碳載體與氧化性酸溶液質量比例為1:20～100；