一种提升铂碳催化剂氧还原电催化稳定性的方法技术

本发明专利技术公开了一种提升铂碳催化剂氧还原电催化稳定性的方法，包括如下步骤：将粉末状铂碳催化剂与去离子水混合，搅拌一段时间后使铂碳催化剂均匀分散在去离子水中，形成铂碳催化剂水溶液，然后利用非聚焦脉冲激光辐照步骤(1)产生的铂碳催化剂水溶液，辐照过程中持续对铂碳催化剂水溶液进行搅拌，通过本发明专利技术记载的方法，在不改变铂碳催化剂组分以及不降低其氧还原电催化活性的前提下，有效的提高铂碳催化剂的氧还原电催化稳定性，没有引入其它的元素，且工艺简单。

【技术实现步骤摘要】
一种提升铂碳催化剂氧还原电催化稳定性的方法
本专利技术涉及燃料电池的制备领域，具体为一种提升铂碳催化剂氧还原电催化稳定性的方法。
技术介绍
全球范围内的主要发达国家从资源、环保等角度出发，都十分看重氢能的发展。氢燃料电池被认为是实现氢能发展愿景的关键突破口，它是一种能将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，具有零污染、无噪声、能量转换效率高等优点。然而，要想实现氢燃料电池的大规模产业化应用，除了要大大降低其生产成本外，还需要大幅提高电池的使用寿命。氢燃料电池的核心单元为膜电极，催化剂又是膜电极的三大关键材料之一，催化剂的稳定性直接决定了膜电极的稳定性，从而影响整个电池的使用寿命。氢燃料电池的阴极是氧气分子发生电化学还原反应的场所，目前最常用的阴极催化剂是铂碳催化剂，现有铂碳催化剂的氧还原电催化稳定性还没有达到最佳的水平，仍不能满足氢燃料电池的大规模商业化应用需求。在氢燃料电池的运行过程中，碳载体的腐蚀、铂的迁移与聚集、杂质的毒化是导致铂碳催化剂催化活性降低的几个关键因素。现有技术中，常常采用以下几种方法来提高铂碳催化剂的氧还原电催化稳定性：第一种、引入Fe、Co、Ni等过渡金属与Pt形成合金，这种方法确实能提高Pt的电催化稳定性，但组装成膜电极后，Fe、Co、Ni等金属在使用过程中能从合金表面溢出，穿过质子膜到达膜电极的阳极，从而使整个膜电极的耐久性急剧降低；第二种、在碳载体中引入N、P、S等掺杂元素，这些元素的引入能有效锚定Pt纳米颗粒，阻止其在催化过程中的迁移与聚集，但N、P、S等元素掺杂的碳载体在酸性介质中高电位下的抗电化学腐蚀能力较差；第三种、引入适量的氧化物能提升整个催化剂的抗杂质毒化能力，但氧化物的导电性差，不利于催化过程中电子的传导，从而降低了催化剂的氧还原电催化活性。因此，现有技术通过改变铂碳催化剂的组分来提升其氧还原电催化稳定性的方法都存在一定的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的主要目的提供一种提升铂碳催化剂氧还原电催化稳定性的方法，可以有效的解决
技术介绍
中的问题。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种提升铂碳催化剂氧还原电催化稳定性的方法，包括如下步骤：步骤(1)：将粉末状铂碳催化剂与去离子水混合，搅拌一段时间后使铂碳催化剂均匀分散在去离子水中，形成铂碳催化剂水溶液；步骤(2)：利用非聚焦脉冲激光辐照步骤(1)产生的铂碳催化剂水溶液，辐照过程中持续对铂碳催化剂水溶液进行搅拌。在上述技术方案中，步骤(1)中铂碳催化剂与去离子水的质量比为1：(100～1000)。在上述技术方案中，步骤(1)中非聚焦脉冲激光辐照铂碳催化剂水溶液的时间为2～20min。在上述技术方案中，步骤(2)中非聚焦脉冲激光是波长为532nm的平行光，光斑直径为7mm，脉宽为7ns，频率为2～20Hz，能量密度为20～150mJ/cm2。本专利技术的有益之处：(1)本专利技术利用脉冲激光辐照产生的瞬间热效应能使铂纳米颗粒与碳载体之间的相互作用增强，有效缓解铂纳米颗粒在催化过程中的迁移与聚集，从而提高催化剂的电化学稳定性。(2)通过本专利技术记载的方法，在不改变铂碳催化剂组分以及不降低其氧还原电催化活性的前提下，有效的提高铂碳催化剂的氧还原电催化稳定性。(3)通过本专利技术的技术方案，在提高铂碳催化剂稳定性的同时，没有引入其它的元素，且工艺简单。附图说明图1是20wt％铂碳催化剂激光辐照前后的氧还原电催化稳定性测试结果；图2是40wt％铂碳催化剂激光辐照前后的氧还原电催化稳定性测试结果；图3是60wt％铂碳催化剂激光辐照前后的氧还原电催化稳定性测试结果。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做以详细说明。本专利技术提供的一种提升铂碳催化剂氧还原电催化稳定性的方法，包括如下步骤：步骤(1)：将粉末状铂碳催化剂与去离子水混合，搅拌一段时间后使铂碳催化剂均匀分散在去离子水中，形成铂碳催化剂水溶液；步骤(2)：利用非聚焦脉冲激光辐照步骤(1)产生的铂碳催化剂水溶液，辐照过程中持续对铂碳催化剂水溶液进行搅拌。实施例1：本实施例提供一种提升铂碳催化剂氧还原电催化稳定性的方法，该方法具体步骤如下：首先，将50mg铂碳催化剂(铂的质量比为20％)分散于10mL去离子水中，搅拌30min后使催化剂在去离子水中均匀分散。随后，利用非聚焦脉冲激光辐照铂碳催化剂水溶液，辐照过程中仍对溶液进行搅拌。脉冲激光是波长为532nm的平行光，光斑直径为7mm，脉宽为7ns，频率为20Hz，能量密度为60mJ/cm2，辐照时间6min。最后对依照专利技术技术方法制得的催化剂稳定性进行测试，在选择测试方案时，因为半波电位是反映Pt/C催化剂催化活性的重要指标，其数值越大，表明催化剂对氧还原的电催化活性越高，在催化剂的稳定性测试过程中，半波电位的降低能直接说明催化剂催化活性的衰减，因此，对于本领域技术人员来说，常用半波电位的变化值来衡量催化剂的电催化稳定性，半波电位的变化值越小，说明催化剂对氧还原的电催化稳定性越高，因此采用的线性扫描伏安法(LSV)对依照专利技术技术方法制得的催化剂稳定性进行测试。具体测试方法为：将6mg实施例1中制得的铂碳催化剂水溶液加入2.97mL异丙醇中，对混合溶液进行超声处理10min后，再加入30μL质量比为5％的Nafion溶液，继续超声处理10min得到催化剂浆料，然后用移液枪取10μL催化剂浆料滴在直径为5mm的工作电极上，工作电极上铂的载量为4.0μg，最后，制备等质量比的铂碳催化剂水溶液作为对比溶液，室温自然干燥后进行电化学测试，电化学测试条件：转速为1600r/min，电解液为0.1M氧气饱和的高氯酸水溶液，LSV曲线的扫速为10mV/s，CV循环的电势范围为0.6～1.0V(vs.RHE)，扫速为100mV/s，循环次数为30000圈。由图1可知，激光辐照后，20wt％铂碳催化剂对氧还原反应的电催化活性没有降低，但电催化稳定性明显增强，30000次CV循环后，激光辐照后20wt％铂碳催化剂的半波电位仅降低了14mV，这一数值明显低于激光辐照前20wt％铂碳催化剂的40mV。实施例2：本实施例提供一种提升铂碳催化剂氧还原电催化稳定性的方法，该方法具体步骤如下：首先，将25mg铂碳催化剂(铂的质量比为40％)分散于10mL去离子水中，搅拌30min后使催化剂在去离子水中均匀分散。随后，利用非聚焦的脉冲激光辐照铂碳催化剂水溶液，辐照过程中仍对溶液进行搅拌。脉冲激光是波长为532nm的平行光，光斑直径为7mm，脉宽为7ns，频率为10Hz，能量密度为80mJ/cm2，辐照时间为10min。采用与实施例1原理相同的测试方法对实施例2制备的铂碳催化剂水溶液进行测试。图2显示的是40wt％铂碳催化剂激光辐照前后的氧还原电催化稳定性测试结果。由图可知，激光辐照后，40wt％铂碳催化剂对氧还原反应的电催化活性没有降低，30000次CV循环后，激光辐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提升铂碳催化剂氧还原电催化稳定性的方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤(1)：将粉末状铂碳催化剂与去离子水混合，搅拌一段时间后使铂碳催化剂均匀分散在去离子水中，形成铂碳催化剂水溶液；/n步骤(2)：利用非聚焦脉冲激光辐照步骤(1)产生的铂碳催化剂水溶液，辐照过程中持续对铂碳催化剂水溶液进行搅拌。/n

【技术特征摘要】
1.一种提升铂碳催化剂氧还原电催化稳定性的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤(1)：将粉末状铂碳催化剂与去离子水混合，搅拌一段时间后使铂碳催化剂均匀分散在去离子水中，形成铂碳催化剂水溶液；
步骤(2)：利用非聚焦脉冲激光辐照步骤(1)产生的铂碳催化剂水溶液，辐照过程中持续对铂碳催化剂水溶液进行搅拌。


2.根据权利要求1所述的一种提升铂碳催化剂氧还原电催化稳定性的方法，其特征在于：所述步骤(1)中铂碳催化剂与去离子水的质...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴守良，刘俊，张显，王新磊，
申请(专利权)人：安徽枡水新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34