一种燃料电池催化剂介孔Pt/C的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池催化剂介孔Pt/C的制备方法，包括如下步骤：(1)在催化剂作用下，酚类化合物和甲醛在去离子水中反应，得到酚醛树脂；(2)将步骤(1)制得的酚醛树脂与嵌段共聚物混合后加入质子溶剂中，进行反应，煅烧后，制得介孔型碳载体；(3)将步骤(2)制得的介孔型碳载体加入质子溶剂中进行分散后，加入含铂溶液中，利用碱液将溶液处理至中性，升温后加入催化剂进行反应，经离心、洗涤、干燥后得到介孔Pt/C催化剂。与现有技术相比，本发明专利技术制备方法工艺简单，后处理方便易行，原料及催化剂价廉易得，安全环保，制备成本较低，收率高，适合批量化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池催化剂介孔Pt/C的制备方法
本专利技术涉及一种催化剂的制备方法，尤其是涉及一种燃料电池催化剂介孔Pt/C的制备方法。
技术介绍
全球经济的高速发展，加剧了煤炭、石油等化石燃料的消耗，也导致了环境污染问题的日益凸显，使得对可持续和可再生能源的需求不断增加，积极开发高效清洁能源转换方式和新型存储设备，是应对未来全球紧张的重要途径之一。质子交换膜燃料电池(ProtonExchangeMembraneFuelCell，PEMFC)作为一种以氢气为燃料，以氧气为氧化剂，在催化剂作用下，通过在质子交换膜两侧发生氧化还原反应的电化学发电装置，具有转换效率高、燃料易得、环境友好以及出色的稳定性和安全性等优点，被认为是最清洁和高效的新能源发电装置，近年来备受关注。但是其寿命低、效率低和成本高的缺陷限制了它的大规模商业化应用。主要原因是铂基催化剂成本高且催化性能低。因此，开发出低成本、高活性、高稳定性催化剂对推动质子交换膜燃料电池的大规模商业化应用意义重大。中国专利CN201710467794.6公开了一种高效、批量生产燃料电池用催化剂的方法，使用有机弱酸处理碳载体再经分散、加热、还原、乳化剪切、调碱、沉降、调酸处理等一系列操作得Pt/C催化剂，工艺复杂且耗时较长。中国专利CN201810884778.1公开了一种高Pt载量的燃料电池用Pt/C催化剂的制备方法，使用高性能碳粉(导电碳黑、超高导电碳黑/blackpearls2000、EC600JD)经1600-2600℃预烧后的碳粉放入含铂溶液，加入碳酸钠、甲酸在60-90℃水浴发生还原反应，在80-100℃下干燥后得到催化剂，但其所用载体成本过高，预烧温度太高，制备过程苛刻，不利于批量化制备。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池催化剂介孔Pt/C的制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池催化剂介孔Pt/C的制备方法，包括如下步骤：(1)在催化剂作用下，酚类化合物和甲醛在去离子水中反应，得到酚醛树脂；(2)将步骤(1)制得的酚醛树脂与嵌段共聚物混合后加入质子溶剂中，进行反应，煅烧后，制得介孔型碳载体；(3)将步骤(2)制得的介孔型碳载体加入质子溶剂中进行分散后，加入含铂溶液中，利用碱液将溶液处理至中性，升温后加入催化剂进行反应，经离心、洗涤、干燥后得到介孔Pt/C催化剂。优选的，步骤(1)中：酚类化合物为苯酚、邻苯二酚、对苯二酚或苯三酚中的一种。优选的，步骤(1)中所述催化剂为无机碱。更优选的，步骤(1)中所述催化剂为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的一种或几种。优选的，步骤(1)中：所述酚类化合物、甲醛和催化剂的摩尔比为1:(1～10):(0.1～0.5)，所述酚类化合物与去离子水的质量比为1:(10～100)。优选的，反应温度为20-100℃，反应时间为0.5-10h。优选的，步骤(2)中：所述的嵌段共聚物为苯乙烯-丁二烯共聚物、环氧乙烷-环氧丙烷共聚物或苯乙烯-丁二烯-3-氯丙烯共聚物中的一种。优选的，步骤(2)中：质子溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正己醇、戊醇中的一种或几种。优选的，步骤(2)中：酚醛树脂、嵌段共聚物和质子溶剂的质量比为1:(1～5):(10～50)。优选的，反应温度为50-150℃，反应时间为10-36h，煅烧温度为300-1200℃，煅烧时间为1-24h。优选的，步骤(3)中：所述含铂溶液为质量分数为5％的氯铂酸溶液，含铂溶液中氯铂酸和催化剂的摩尔比为1:(0.5～1.5)。优选的，步骤(3)中所述的碱液为质量分数为5～40％的氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、碳酸氢钠或碳酸氢钾的水溶液中的一种。优选的，步骤(3)中所述的催化剂为氢化铝锂、硼氢化钾、硼氢化钠中的一种。优选的，步骤(3)中：介孔型碳载体、含铂溶液和质子溶剂的质量比为1:(4～10):(30～100)，反应温度为20-100℃，反应时间为0.5-6h。反应物的摩尔比会直接影响介孔型碳载体的收率，超过设定范围会导致收率偏低。本专利技术的温度、时间和摩尔比，更有利于主反应的进行，能够有效减少副反应的发生，副产物更少，从而提高主产物的收率。与现有技术相比，本专利技术的制备方法工艺简单，后处理方便易行，原料及催化剂价廉易得，安全环保，制备成本较低，收率高，适合批量化生产。附图说明图1为实施例1中介孔型碳载体透射电镜图；图2为实施例1中催化剂介孔Pt/C的透射电镜图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例中，质量收率为：质量收率(％)＝m反应产物/m反应物×100％实施例1一种燃料电池催化剂介孔Pt/C的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)：按照苯酚(MW：94.11)、甲醛(MW：30.03)和氢氧化钾(MW：56.11)的摩尔比为1:2.5:0.25，分别称取9.4g的苯酚、7.5g的甲醛和1.4g的氢氧化钾；按照苯酚与去离子水的质量比为1:20，称取188g去离子水；在氮气保护下，将苯酚、甲醛、氢氧化钾和去离子水加入四口烧瓶中进行反应，控制温度为80℃，反应的时间为5h。反应结束后，降至室温，过滤，烘干，得酚醛树脂a16.1g，质量收率为171.3％。步骤(2)：质子溶剂为乙醇，按照酚醛树脂a、苯乙烯-丁二烯共聚物和乙醇的质量比为1:1.5:20，分别称5.0g酚醛树脂a、7.5g苯乙烯-丁二烯共聚物和100g乙醇；将酚醛树脂a、苯乙烯-丁二烯共聚物和乙醇加入四口烧瓶中，控制温度为70℃，反应的时间为12h。反应结束后，过滤，将产物在氩气保护下置于管式炉中，控制温度500℃，煅烧6h，继续升温至1000℃，煅烧3h；煅烧结束后，氩气保护下缓慢冷却至室温，将产物充分研磨，得介孔型碳载体11.41g，质量收率为228.2％。步骤(3)：称取2.5g氯铂酸和47.5g去离子水置于烧杯中，配制质量分数为5％的氯铂酸溶液；称取10g氢氧化钾和90g去离子水置于烧杯中，配制10％碱液；按照介孔型碳载体a、含铂溶液和乙醇的质量比为1:4:40，分别称取5g介孔型载体a、20g含铂溶液和200g乙醇；按照氯铂酸(MW：410)和氢化铝锂(MW：37.95)的摩尔比为1:1，称取0.09g氢化铝锂；在氮气保护下，将介孔型载体a和甲醇加入倒四口烧瓶中，充分搅拌均匀，缓慢加入10％碱液，直至溶液为中性，继续加入含铂溶液，控制温度为60℃，缓慢加入氢化铝锂，保温反应3h；反应结束后，过滤，烘干，得介孔Pt/C催化剂5.40g，质量收率为108.0％。介孔型碳载体的透射电镜图如图1所示，可清晰看到介孔型碳载体有序的孔道结构；介孔Pt/C催化剂的透射电镜图如图2所示，可以看到Pt金属粒子已经分散到孔道中。实施例2一种燃料电池催化剂介孔Pt/C的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)：按照邻苯二酚(MW：110.11)、甲醛(MW：30.03)和氢氧化钾(MW：56.11)的摩尔比为1:2.5:0.25，分别称取11.01g的苯酚、7.5g的甲醛和1.4g的氢氧化钾；按照邻苯二酚与去离子水的质量比为1：20，称取220本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池催化剂介孔Pt/C的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在催化剂作用下，酚类化合物和甲醛在去离子水中反应，得到酚醛树脂；(2)将步骤(1)制得的酚醛树脂与嵌段共聚物混合后加入质子溶剂中，进行反应，煅烧后，制得介孔型碳载体；(3)将步骤(2)制得的介孔型碳载体加入质子溶剂中进行分散后，加入含铂溶液中，利用碱液将溶液处理至中性，升温后加入催化剂进行反应，经离心、洗涤、干燥后得到介孔Pt/C催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池催化剂介孔Pt/C的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在催化剂作用下，酚类化合物和甲醛在去离子水中反应，得到酚醛树脂；(2)将步骤(1)制得的酚醛树脂与嵌段共聚物混合后加入质子溶剂中，进行反应，煅烧后，制得介孔型碳载体；(3)将步骤(2)制得的介孔型碳载体加入质子溶剂中进行分散后，加入含铂溶液中，利用碱液将溶液处理至中性，升温后加入催化剂进行反应，经离心、洗涤、干燥后得到介孔Pt/C催化剂。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池催化剂介孔Pt/C的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：酚类化合物为苯酚、邻苯二酚、对苯二酚或苯三酚中的一种。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池催化剂介孔Pt/C的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述催化剂为无机碱，优选为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种燃料电池催化剂介孔Pt/C的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：所述酚类化合物、甲醛和催化剂的摩尔比为1:(1～10):(0.1～0.5)；所述酚类化合物与去离子水的质量比为1:(10～100)，反应温度为20-100℃，反应时间为0.5-10h。5.根据权利要求1所述的一种燃料电池催化剂介孔Pt/C的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：解蒙，段振晓，吕际鹏，刘坤鹏，和诚立，
申请(专利权)人：河南豫氢动力有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41