复合碳载体合金催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种复合碳载体合金催化剂的制备方法，包括：S1.对粒状碳材料和线状碳材料进行去杂处理；S2.混合粒状碳材料和线状碳材料得到碳基材料，加入浓硫酸和水，85℃～100℃下搅拌1～2小时；S3.洗涤碳基材料至pH为中性，烘干，分散于乙二醇和水的混合溶剂中；S4.将Cl6H2Pt、草酸钴溶解于有机溶剂中，得到金属盐前驱体溶液；将碳基材料加入金属盐前驱体溶液中，调节溶液的pH为10～12，真空下进行反应，从而在碳基材料表面原位生成催化剂前驱体；S5.将催化剂前驱体进行洗涤过滤，烘干、膨化后，得到复合碳载体合金催化剂。本发明专利技术的复合碳载体合金催化剂，减少了现有的催化剂的铂载量，增强了催化剂机械强度，同时提高了铂的利用率。用率。用率。

【技术实现步骤摘要】
复合碳载体合金催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及催化剂
，具体涉及一种用于燃料电池的复合碳载体合金催化剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]当今世界面临着化石能源的日益减少，甚至枯竭，以及人类对保护环境高要求，急需一种环境友好型能源的出现，燃料电池应运进入到我们的视线，燃料电池是氢氧通过化学反应产生人类史上最伟大的专利技术之一电能，同时燃料电池的排放为水。所以燃料电池成为了能源科学和电化学领域的一个研究热点，同时燃料电池特点还有操作温度低、能量效率高、燃料可再生等特点。燃料电池中催化剂技术是燃料电池最核心的技术之一，同时催化剂研制也是质子交换膜燃料电池研究中最难突破技术之一。研究发现贵金属铂作为燃料电池的阴、阳极催化剂表现出了良好的电催化性能。但是贵金属铂的价格及储量限制了催化剂的应用。所以减少使用贵金属铂成了降低燃料电池成本的关键因素之一，其解决方法是通过降低铂载量，使用储量及价格适当的材料使催化剂具备有高耐久、高效率和低成本等特点。
[0003]当下大部分催化剂都还是采用贵单一金属铂和单一碳黑作为材料，大部分催化剂使用碳黑为载体是因为碳黑具有较好的导电性和孔结构以及较高的比表面积，使其有利于贵金属铂微粒的均匀分散，但是其表面的微孔又使铂的利用率不是很理想，其中大量铂或合金微粒进入到碳表面的微孔中，这部分铂或合金就不能与质子导体接触，被埋藏起来，导致难以形成更多的三相反应界面，这成为了铂利用率降低的重要原因。同时铂或铂合金与碳是直接相连的关系，在制备浆料的过程中，流体树脂很难进入铂或铂合金与碳之间，减少了三相反应区，而且电池工作过程中，由于催化剂中毒等原因，铂或铂合金的活性会减弱。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种复合碳载体合金催化剂，以减少铂载量、增强催化剂机械强度，同时提高铂的利用率。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种复合碳载体合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1.分别对粒状碳材料(C
A
)和线状碳材料(C
B
)进行去杂处理；
[0008]S2.混合所述粒状碳材料和线状碳材料，得到碳基材料；向所述碳基材料中加入浓硫酸和水，85℃～100℃下搅拌1～2小时；
[0009]S3.洗涤所述碳基材料至pH为中性，接着烘干，再分散于乙二醇和水的混合溶剂中；
[0010]S4.将金属盐前驱体Cl6H2Pt、草酸钴溶解于有机溶剂中，得到金属盐前驱体溶液；所述金属盐前驱体溶液中，金属盐前驱体Cl6H2Pt的含量为5
‑
20g/L，草酸钴含量为3
‑
10g/L；将步骤S3得到的碳基材料加入所述金属盐前驱体溶液中，调节溶液的pH为10～12，真空条
件下进行反应，从而得到催化剂前驱体；
[0011]S5.将所述催化剂前驱体进行洗涤过滤，烘干、膨化后，得到所述复合碳载体合金催化剂。
[0012]进一步地，步骤S1中，所述粒状碳材料包括介孔碳、碳微球、无定形碳中的一种或多种，所述线状碳材料包括碳纳米管和/或碳纤维。
[0013]进一步地，步骤S1中，所述去杂处理为：采用甲酸与乙醇的混合溶液或高氯酸溶液对粒状碳材料和线状碳材料进行浸泡，以去除碳材料中的部分金属元素；所述混合溶液中甲酸与乙醇的体积比为1.5～2：4.5～5，优选为2:5。
[0014]进一步地，步骤S2中，所述碳基材料中，粒状碳材料和线状碳材料的质量比为10:(1～3)。
[0015]进一步地，步骤S2中，所述浓硫酸和水的体积比为1～1.5：4～5，优选为1:5。
[0016]进一步地，步骤S3中，所述混合溶剂中，乙二醇和水的体积比为1.5～2：2.5～3，优选为2:3。
[0017]进一步地，步骤S4中，反应温度为85℃～90℃，反应时间为3～4h。
[0018]本专利技术还提供了由所述的方法制备得到的复合碳载体合金催化剂，该催化剂可表示为PtCo/(C
A+B
)。
[0019]进一步地，所述复合碳载体合金催化剂中，载体为粒状碳材料和线状碳材料，负载于载体上的催化材料为铂钴合金。
[0020]本专利技术还提供了所述的复合碳载体合金催化剂在燃料电池中的应用。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0022]本专利技术采用复合碳基为催化剂载体(粒状碳材料(C
A
)和线状碳材料(C
B
)混合材料)，用原位化学还原法制备合金催化剂PtCo/(C
A+B
)，该催化剂PtCo/(C
A+B
)形成了一种三维复合网络结构，增强了活性物质与集流体和质子膜间的接触，三维复合网络结构使催化剂的机械强度得到了大幅加强，同时催化剂的三相反应活性区也得到了有效的加大，铂的利用率大幅提高。
附图说明
[0023]图1为实施例1(a)、实施例2(b)和实施例3(c)制备的复合碳载体合金催化剂的扫描电镜图；
[0024]图2为实施例1制备的复合碳载体合金催化剂与商业60％铂碳催化剂的CV性能与AST性能。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0026]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0027]以下各实施例中，炭黑、碳微球、介孔碳、碳纤维和碳纳米管均来自商业碳。
[0028]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0029]实施例1
[0030]本实施例提供了一种复合碳基为载体的燃料电池合金催化剂的制备方法，具体制备的步骤为：
[0031]步骤一，将粒状碳(炭黑EC600)加入到3mol/L的高氯酸溶液中，放入密闭不透光容器中浸泡4小时后，洗涤、干燥，做膨化处理后备用；将线状碳材料(碳纳米管XFM13)放入到3mol/L的高氯酸溶液中，放入密闭不透光容器中浸泡4小时后，洗涤、干燥，做适当膨化处理后备用。
[0032]步骤二，取步骤一中处理好的粒状碳(EC600)和线状碳(XFM13)，按照质量比10:2的比例混合得到碳基材料，再加入硫酸和水，体积比为1:5，加热搅拌5小时进行进一步处理。目的是为了去除载体中的其他杂质，并使粒状碳材料(C
A
)和线状碳材料(C
B
)更好的混合。
[0033]步骤三，用去离子水洗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合碳载体合金催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.分别对粒状碳材料和线状碳材料进行去杂处理；S2.混合所述粒状碳材料和线状碳材料，得到碳基材料；向所述碳基材料中加入浓硫酸和水，85℃～100℃下搅拌1～2小时；S3.洗涤所述碳基材料至pH为中性，接着烘干，再分散于乙二醇和水的混合溶剂中；S4.将金属盐前驱体Cl6H2Pt、草酸钴溶解于有机溶剂中，得到金属盐前驱体溶液；所述金属盐前驱体溶液中，金属盐前驱体Cl6H2Pt的含量为5
‑
20g/L，草酸钴的含量为3
‑
10g/L；将步骤S3得到的碳基材料加入所述金属盐前驱体溶液中，调节溶液的pH为10～12，真空条件下进行反应，从而得到催化剂前驱体；S5.将所述催化剂前驱体进行洗涤过滤，烘干、膨化后，得到所述复合碳载体合金催化剂。2.根据权利要求1所述的一种复合碳载体合金催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述粒状碳材料包括介孔碳、碳微球、无定形碳中的一种或多种，所述线状碳材料包括碳纳米管和/或碳纤维。3.根据权利要求1所述的一种复合碳载体合金催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫，夏丽君，
申请(专利权)人：苏州欣和智达能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：