一种铂钯合金催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铂钯合金催化剂及其制备方法，包括以下步骤：步骤S1，将钯前驱体及炭黑粉末分散在酸性水溶液中，并均质得到均匀分散的浆液；步骤S2，向步骤S1中的浆液中通入一定浓度的氢气，混合后震荡还原得到钯碳；步骤S3，再向步骤S2的浆液中加入铂前驱体和还原剂进行分散均匀，还原后离心水洗干燥得到铂钯合金催化剂。本发明专利技术在催化剂的制备过程中分步还原钯和铂，钯还原时仅需要通氢气震荡即可还原得到钯单质，不需要进行任何形式的加热操作，以氢气作为还原剂还原钯，清洁环保，减少了由于使用其他还原剂而引入的杂质；钯单质还可以作为还原铂的催化剂，促进铂的还原反应。促进铂的还原反应。促进铂的还原反应。

【技术实现步骤摘要】
一种铂钯合金催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于新能源材料与应用
，具体涉及一种铂钯合金催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池作为氢能应用的重要方式，其核心部件催化剂的成本占整个电堆的比例超过四成。当下，贵金属铂为主体的铂炭催化剂仍然是主流的商业化质子交换膜燃料电池催化剂。短时间内，贵金属铂炭催化剂具备的性能品质是过渡金属或其他贱金属催化剂不能代替的。
[0003]但是随着技术的不断发展，单纯的铂炭催化剂已不能满足实际应用中日益苛刻的高活性和长耐久性的技术要求。为解决这一矛盾，铂炭催化剂的研发开始转向形貌控制、结构设计、核壳结构、双元或多元金属合金等方向。其中双元合金铂催化剂通过引入其他金属，利用双金属之间的一些特性改进铂催化剂的性能。钯与铂具有相似的电子结构和物理、化学性能，作为电催化剂材料时具有较好的电催化性能表现。
[0004]目前制备铂钯合金催化的方法有很多种，比如浸渍还原法。将铂前驱体和钯前驱体在液相溶剂中充分混合后，通过添加还原剂，使用一锅法还原得到铂钯合金催化剂，该方法虽然工艺简单，但是所得铂钯合金粒径较大，粒径分布广，导致电催化活性较低。为此，有人提出使用溶胶凝胶技术，向铂、钯前驱体混合液中加入一定量的柠檬酸或其他络合剂，浓缩后形成溶胶体系。再对此进行还原，得到铂钯合金催化剂。然而，该方法虽然一定程度上解决了合金颗粒粒径的问题，但是却因为加入了络合剂而引入了其他杂质。这些络合剂由于其强大的络合能力，在后续清洗步骤中难以洗出，增添了工艺的复杂程度。此外，为了提高贵金属利用率、提升电催化活性，有人提出使用电化学沉积方法。该方法制备的铂钯合金具有独特的核壳结构和优异的电化学活性。然而，电化学沉积方法不适合催化剂产品的大规模量产。此外，除了上述的制备方法外，还有一些铂钯合金催化剂的方法，但是它们大多涉及一些有毒有害的化学试剂。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种铂钯合金催化剂及其制备方法。本专利技术在催化剂的制备过程中分步还原钯和铂，钯还原时仅需要通氢气震荡即可还原得到钯单质，不需要进行任何形式的加热操作，以氢气作为还原剂还原钯，清洁环保，减少了由于使用其他还原剂而引入的杂质；钯单质还可以作为还原铂的催化剂，促进铂的还原反应。
[0006]为实现以上技术目的，本专利技术实施例采用的技术方案是：
[0007]第一方面，本专利技术实施例提供了一种铂钯合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤S1，将钯前驱体及炭黑粉末分散在酸性水溶液中，并均质得到均匀分散的浆液；
[0009]步骤S2，向步骤S1中的浆液中通入一定浓度的氢气，混合后震荡还原得到钯碳；
[0010]步骤S3，再向步骤S2的浆液中加入铂前驱体和还原剂进行分散均匀，还原后进行离心、水洗、干燥，得到铂钯合金催化剂。
[0011]进一步地，步骤S1中所述钯前驱体是乙酰丙酮钯、硝酸钯、氯化钯、硫酸钯、乙酸钯中的一种或多种组合。
[0012]进一步地，步骤S1中所述酸性水溶液是硫酸、盐酸及硝酸中任一种酸的水溶液，浓度不大于1mol/L。
[0013]进一步地，步骤S1中所述炭黑粉末的加入量满足：使钯元素质量占钯元素和炭黑总质量的0.1％
‑
40％。
[0014]进一步地，步骤S2中通气时间不低于5min，且保持氢气通气量不低于130mL。
[0015]进一步地，步骤S2中氢气的浓度是5％vol—99.999％vol。
[0016]进一步地，步骤S3中所述铂前驱体的加入量满足：铂元素和钯元素的摩尔比为1
‑
13。
[0017]进一步地，步骤S3中所述还原剂是包括硼氢化钠、乙二醇、甲酸钠在内的还原性物质。
[0018]第二方面，本专利技术实施例提供了一种铂钯合金催化剂，由上述的制备方法制备而成。
[0019]本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
[0020](1)本专利技术在催化剂的制备过程中分步还原钯和铂，钯还原时仅需要通氢气震荡即可还原得到钯单质，不需要进行任何形式的加热操作，以氢气作为还原剂还原钯，清洁环保，减少了由于使用其他还原剂而引入的杂质；钯单质还可以作为还原铂的催化剂，促进铂的还原反应。
[0021](2)钯还原时通入氢气，通气鼓泡的方式有助于催化剂的分散。
[0022](3)催化剂制备过程中不添加任何络合剂，使得在后续的洗涤步骤中，操作简单。
[0023](4)通过分步法，能够根据实际工艺需求，选择铂的还原工艺，采用本专利技术制备方法获得的催化剂具有较好的电化学催化活性，本专利技术的制备方法能够实现规模化生产。
附图说明
[0024]图1是实施例五中制备的催化剂的XRD图谱。
[0025]图2是实施例五中制备的催化剂的LSV曲线对比。
[0026]图3是实施例二和对比例一制得的催化剂的线性伏安曲线图。
[0027]图4是实施例二和对比例一制得的催化剂的循环伏安曲线图。
[0028]图5是实施例二和对比例一制得的催化剂的XRD图谱。
[0029]图6是实施例二制得的催化剂的粒径分布图。
[0030]图7是对比例一制得的催化剂的粒径分布图。
具体实施方式
[0031]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限
定本专利技术。
[0032]实施例一
[0033]一种铂钯合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0034]步骤S1，取0.2g乙酰丙酮钯溶于40mL浓度为0.1mol/L的硝酸水溶液中，并加入0.5g vulcan XC
‑
72炭黑作为载体，超声分散30min；
[0035]步骤S2，向步骤S1分散后的浆液中通入高纯氢气(99.999％vol)，在通高纯氢气的同时不断震荡浆液，当通气鼓泡时间超过6min时停止通气，高纯氢气通气量为140mL；
[0036]步骤S3，向步骤S2中的浆液中加入1.5g氯铂酸固体，再加入80mL乙二醇，分散30min后，微波加热3min，离心水洗干燥后即得到铂钯合金催化剂。其中乙二醇既是溶剂又作为还原剂。
[0037]实施例二
[0038]一种铂钯合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0039]步骤S1，取0.4g氯化钯溶于200mL浓度为0.5mol/L的盐酸水溶液中，加入2g vulcan XC
‑
72炭黑作为载体，超声分散30min；
[0040]步骤S2，向步骤S1分散后的浆液中通入氩氢混合气体(含5％vol氢气)，通入混合气的同时不断震荡浆液，当通气鼓泡时间超过25min时停止通气，氩氢混合气体通气量为3000mL；
[0041]步骤S3，向步骤S2中的浆液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铂钯合金催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，将钯前驱体及炭黑粉末分散在酸性水溶液中，并均质得到均匀分散的浆液；步骤S2，向步骤S1中的浆液中通入一定浓度的氢气，混合后震荡还原得到钯碳；步骤S3，再向步骤S2的浆液中加入铂前驱体和还原剂进行分散均匀，还原后进行离心、水洗、干燥，得到铂钯合金催化剂。2.根据权利要求1所述的铂钯合金催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述钯前驱体是乙酰丙酮钯、硝酸钯、氯化钯、硫酸钯、乙酸钯中的一种或多种组合。3.根据权利要求1所述的铂钯合金催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述酸性水溶液是硫酸、盐酸及硝酸中任一种酸的水溶液，浓度不大于1mol/L。4.根据权利要求1所述的铂钯合金催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述炭黑粉末的加入量满足：使钯元素质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明，张加佳，刘敏，刘文明，张义煌，
申请(专利权)人：无锡威孚高科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：