碳载铂三元合金催化剂的制备方法技术

本发明专利技术提供一种碳载铂三元合金催化剂的制备方法，催化剂以碳黑为载体，首先将微波还原Pt

【技术实现步骤摘要】
碳载铂三元合金催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及催化剂制备
，尤其是一种碳载铂三元合金催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]Pt/C催化剂凭借其低温下优异的ORR活性，受到人们广泛关注，考虑到铂的储量较少，价格昂贵，并且在Pt/C催化剂中利用效率以及电化学稳定性还有待提高，严重影响了Pt/C催化剂在燃料电池商业化中的进程。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是在于克服、补充现有技术中存在的不足，提供一种碳载铂三元合金催化剂的制备方法，采用Cu
‑
Pt
‑
Ni合金催化剂来代替传统的单一铂催化剂，铜、镍的引入不仅能够大幅降低催化剂的成本，另一方面，通过组成Cu
‑
Pt
‑
Ni三元合金，起到了协同催化的作用，提升了催化活性。本专利技术采用的技术方案是：一种碳载铂三元合金催化剂的制备方法，其中：所述催化剂以碳黑为载体，首先将微波还原Pt
‑
Ni纳米颗粒均匀分散于碳黑载体表面，随后将Cu沉积在Pt
‑
Ni合金相表面得到碳载铂三元合金催化剂，其结构式为Cu
‑
Pt
‑
Ni/C；其中铂的质量百分比为20%
‑
50%，金属Pt、金属Ni和金属Cu的原子比为2～6:1:2～6。
[0004]优选的是，所述的碳载铂三元合金催化剂的制备方法，其中：制备方法具体如下：S1.将碳粉加入溶剂中，碳粉与溶剂质量比为1:60～100，在10～30℃下超声处理1～5h，之后剪切1~2h并常温下搅拌，得到碳载体溶液；S2.将Pt与Ni的前驱体溶液加入还原剂中，充分搅拌后加入络合剂和稳定剂搅拌3~5h，并用碱溶液调节pH值至9~12得到混合溶液，将混合溶液加入碳载体溶液中，通入惰性气体，并在60~90℃下搅拌1~2h，使活性物质均匀分散在碳载体表面，得到浆料；S3.在惰性气体保护下，将浆料微波加热至120~180℃并反应3～10min，使得Pt与Ni充分还原；S4.将步骤S3还原后的溶液压滤洗涤，直至滤液电导率低于50μs/m，将滤饼在60~100℃下真空干燥2~24h，所得粉末在氢气气氛下，400~700℃下高温还原2～4h，得到Pt
‑
Ni/C催化剂前驱体；S5.取0.001~0.005mol Pt
‑
Ni/C催化剂前驱体溶于30~80 ml去离子水中，加入1~10ml 3M 三乙醇胺， 1~10ml 14.4M氨水，持续搅拌3h，并逐步滴加1~10ml 1M 硫脲，之后加入0.2~3.0ml0.005M的氯化亚铜控制铜的掺杂，最后将上述混合溶液转移至水热反应釜中，150~200℃下反应6~10h，即得到Cu
‑
Pt
‑
Ni/C催化剂。
[0005]优选的是，所述的碳载铂三元合金催化剂的制备方法，其中：步骤S1溶剂为乙二醇和超纯水的混合溶剂，乙二醇和超纯水的体积比1:2~6。
[0006]优选的是，所述的碳载铂三元合金催化剂的制备方法，其中：步骤S1中含铂溶液为
氯铂酸、氯铂酸盐中的一种或两种。
[0007]优选的是，所述的碳载铂三元合金催化剂的制备方法，其中：步骤S1中含镍溶液为乙酰丙酮镍、硝酸镍中的一种或两种。
[0008]优选的是，所述的碳载铂三元合金催化剂的制备方法，其中：步骤S2中碱溶液为氢氧化钠和碳酸钠溶液中的一种或两种。
[0009]优选的是，所述的碳载铂三元合金催化剂的制备方法，其中：步骤S2中还原剂为乙二醇、异丙醇、乙醇中的一种或多种。
[0010]优选的是，所述的碳载铂三元合金催化剂的制备方法，其中：步骤S2中络合剂为乙二胺、柠檬酸钠、氯化钠中的一种或多种；稳定剂为醋酸钠、碳酸钠、甲酸钠中的一种或多种。
[0011]本专利技术的优点：（1）本专利技术的碳载铂三元合金催化剂的制备方法，通过微波还原，使得还原后合金相在碳载体表面分布更加均匀；催化剂形成三元合金相在降低成本的前提下，提高了催化剂的催化活性和稳定性。
[0012]（2）本专利技术的碳载铂三元合金催化剂的制备方法，Pt
‑
Ni合金相表面Cu层的引入，有效降低碳损失以及Pt
‑
Ni合金相的迁移、团聚，并且催化剂制备工艺简单，易于工业化。
附图说明
[0013]图1是本专利技术实施例1与对比例的氧还原极化曲线图。
具体实施方式
[0014]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0015]实施例1S1.将0.5g碳粉加入30ml乙二醇溶液，室温下超声60min，剪切1h后持续搅拌，得到碳载体溶液；S2.取0.68g氯铂酸、0.24g硝酸镍加入70ml乙二醇溶液中，充分搅拌，加入4g柠檬酸钠，连续搅拌3h，加入4g氯化钠和0.56g碳酸钠，室温下继续搅拌2h，加入适量1mol/L氢氧化钠溶液调节pH值至10。将Pt和Ni的混合溶液以及碳载体溶液加入反应釜中，通入氩气80℃搅拌1h，得到浆料；S3.在氩气保护下，将浆料微波加热120℃反应5min，使得Pt与Ni充分还原；S4.将反应后的溶液过滤，用蒸馏水洗涤数次，直至滤液电导率小于50μS/m，并且滤液中检测无氯离子残留，然后在80℃真空干燥箱中干燥12h，所得粉末在600℃，氢气条件下还原2h，得到Pt
‑
Ni/C催化剂前驱体；S5.取0.002mol Pt
‑
Ni/C催化剂前驱体溶于50ml去离子水中，逐步加入5ml 3M 三乙醇胺，5ml 14.4M氨水，持续搅拌3h，蠕动泵缓慢滴加4ml 1M硫脲，之后加入0.5ml 0.005M氯化亚铜水溶液，最后将混合液转移至水热反应釜中，180℃下反应6h，得到Cu
‑
Pt
‑
Ni/C三元合金催化剂。
[0016]所得Cu
‑
Pt
‑
Ni/C三元合金催化剂纳米颗粒的粒径为~4nm，金属分散度为34.8%。
[0017]实施例2
S1.将2g碳粉加入80ml乙二醇溶液，在室温下超声处理1h，剪切1.5h后常温下持续搅拌，得到碳载体溶液；S2.取3.2g氯铂酸、1.34g硝酸镍加入220ml乙二醇溶液中，连续搅拌3h，加入16g柠檬酸钠和2.05g醋酸钠，室温下继续搅拌3h，加入适量1mol/L氢氧化钠溶液调节pH值至12；将Pt和Ni的混合溶液以及碳载体溶液加入反应釜中，通入氩气80℃搅拌1h，得到浆料；S3.在氩气保护下，将浆料微波加热130℃反应4min，使得Pt与Ni充分还原；S4.将反应后溶液充分压滤洗涤，直至滤液电导率低于50μs/m，将滤饼在120℃下真空干燥12h，所得粉末在氢气气氛下，700℃下高温还原1h，得到具有Pt
‑
Ni合金相的碳载催化剂前驱体；S5.取0.005molPt
‑
Ni/C催化剂前驱体溶于100ml去离子水中，加入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳载铂三元合金催化剂的制备方法，其特征在于：所述催化剂以碳黑为载体，首先将微波还原Pt
‑
Ni纳米颗粒均匀分散于碳黑载体表面，随后将Cu沉积在Pt
‑
Ni合金相表面得到碳载铂三元合金催化剂，其结构式为Cu
‑
Pt
‑
Ni/C；其中铂的质量百分比为20%
‑
50%，金属Pt、金属Ni和金属Cu的原子比为2～6:1:2～6。2.如权利要求1所述的碳载铂三元合金催化剂的制备方法，其特征在于：制备方法具体如下：S1.将碳粉加入溶剂中，碳粉与溶剂质量比为1:60～100，在10～30℃下超声处理1～5h，之后剪切1~2h并常温下搅拌，得到碳载体溶液；S2.将Pt与Ni的前驱体溶液加入还原剂中，充分搅拌后加入络合剂和稳定剂搅拌3~5h，并用碱溶液调节pH值至9~12得到混合溶液，将混合溶液加入碳载体溶液中，通入惰性气体，并在60~90℃下搅拌1~2h，使活性物质均匀分散在碳载体表面，得到浆料；S3.在惰性气体保护下，将浆料微波加热至120~180℃并反应3～10min，使得Pt与Ni充分还原；S4.将步骤S3还原后的溶液压滤洗涤，直至滤液电导率低于50μs/m，将滤饼在60~100℃下真空干燥2~24h，所得粉末在氢气气氛下，400~700℃下高温还原2～4h，得到Pt
‑
Ni/C催化剂前驱体；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王一帆，蒋颉，杨金，孙馨越，张上云，全小龙，贾莉伟，李新华，
申请(专利权)人：无锡威孚环保催化剂有限公司，
类型：发明
国别省市：