[發(fā)明專利]一種介孔碳負載納米鉑催化劑的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110946102.2
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113659160B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發(fā)明（設計）人: 李豐軍;周劍光;張運搏;漆海龍;程曉草
• 申請（專利權）人: 中汽創(chuàng)智科技有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/92;C01B32/05
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 萬婧

本發(fā)明公開了一種介孔碳負載納米鉑催化劑的制備方法，涉及材料領域，包括步驟（1）制備介孔碳載體和步驟（2）制備介孔碳負載納米鉑催化劑，其特征在于：所述步驟（1）制備介孔碳載體步驟中是采用硅酸鈉或硅酸鉀作為硬模板劑。本發(fā)明制備方法原料易獲得，工藝簡單，容易實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。制備的介孔碳比表面積高，孔徑適中；制備的催化劑鉑載量高，鉑顆粒分布均勻，催化劑的氧還原性能優(yōu)異。

技術領域

本發(fā)明涉及材料領域，具體涉及一種介孔碳負載納米鉑催化劑的制備方法。

背景技術

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是解決當前環(huán)境惡化和能源短缺問題的關鍵技術之一，被認為是最有希望替代傳統(tǒng)石化燃料的新一代能源動力技術。催化劑是PEMFC中電化學反應發(fā)生的關鍵場所，對其輸出功率具有至關重要的影響。目前鉑碳催化劑的催化活性和穩(wěn)定性突出，是燃料電池主要的商業(yè)化催化劑。然而，鉑是一種稀缺資源，目前探明的全球鉑儲量僅3.2萬噸，且約97％的鉑資源分布在南非和俄羅斯，我國的鉑資源僅占全球資源的約0.4％，約130噸。若燃料電池汽車完全取代燃油汽車，我國鉑資源的自主保障能力弱，將會對燃料電池的發(fā)展構成一定制約。因此，提高催化劑中鉑的利用率是燃料電池領域的主要研究課題之一。

傳統(tǒng)的鉑碳催化劑以實心碳作為載體，鉑顆粒負載在碳材料表面，在燃料電池電化學反應發(fā)生時，催化層中用于傳導質(zhì)子的離子聚合物覆蓋在鉑顆粒表面，阻礙了反應氣體的吸附，從而對鉑的催化活性造成屏蔽影響，降低鉑的利用率；其次，由于實心碳的比表面積較低，在制備高鉑載量的催化劑時易造成顆粒團聚，同樣會降低鉑的利用率。

使用具有特定孔徑的介孔碳作為載體，可為鉑顆粒提供更多的位點，同時可防止離子聚合物進入孔道。鉑碳催化劑中的鉑顆粒的尺寸約2～5nm，離子聚合物的尺寸約10nm。因此，介孔碳的孔徑不宜過小，否則鉑顆粒無法負載于孔道內(nèi)；孔徑也不宜過大，否則離子聚合物進入孔道后仍會對鉑顆粒的活性造成屏蔽。因此，使用孔徑在5～10nm間的介孔碳作為載體，可提高鉑顆粒的利用率。

使用硬模板法制備介碳具有孔結構可調(diào)、產(chǎn)品一致性好、碳源可選擇種類豐富等優(yōu)點。二氧化硅分子篩是一類常用的硬模板劑，然而此類材料作為硬模板劑時，需在碳源完成碳化后使用氫氟酸除去模板劑以得到多孔碳。公開號CN110665496A的發(fā)明專利公開了一種孔長可控有序介孔碳載鉑基催化劑的制備方法，所述方法的步驟包括制備二氧化硅硬模板劑、制備有序介孔碳、制備碳載鉑基催化劑。此方法過程復雜，腐蝕性強，在大規(guī)模制備過程中對人員防護和設備防腐蝕性要求高，難以實現(xiàn)量產(chǎn)。

可溶性的金屬鹽用作硬模板劑，可在形成多孔結構的碳材料后，直接用水洗去，工藝方法簡單，金屬鹽選擇廣泛。公開號為CN11090639公開了一種采用氯化鈉或氯化鉀作為硬模板制備多孔碳的方法，由該專利的附圖3可見所得產(chǎn)物孔徑多為100nm以上的大孔；公開號為CN106185923A公開了一種采用氯化鈉作為硬模板，通過硬模板法結合化學活化法制備多孔碳，產(chǎn)物的孔徑分布在1.5～3.5nm，主要由微孔構成，而微孔形成的原因主要在于采用氫氧化鉀進行化學活化得到。以上所制備的多孔碳存在孔徑過大或過小的問題，均不適合作為載體來制備燃料電池催化劑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種介碳負載納米鉑催化劑的制備方法，本發(fā)明制備方法原料易獲得，工藝簡單，容易實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。制備的介孔碳比表面積高，孔徑適中；制備的催化劑鉑載量高，鉑顆粒分布均勻，催化劑的氧還原性能優(yōu)異。

本發(fā)明為解決上述的問題，所采取的步驟如下。

一種介孔碳負載納米鉑催化劑的制備方法，其步驟包括兩個步驟，兩個步驟為步驟(1)為多孔碳載體的制備和步驟(2)為多孔碳負載納米鉑催化劑的制備，所述制備介孔碳載體步驟中是采用可溶性硅酸鹽作為硬模板劑，制備出孔徑和比表面積適當?shù)慕榭滋肌?/p>