一种Pt/C催化剂浆料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种Pt/C催化剂浆料及其制备方法，将2000重量份的水、1800重量份的异丙醇和4

【技术实现步骤摘要】
一种Pt/C催化剂浆料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及催化剂领域，尤其涉及一种Pt/C催化剂浆料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来随着国家脱碳的强烈需求与世界格局变化的影响，新能源成为世界上各个国家关注的重点发展领域，这其中氢能和燃料电池技术因具有高能量转换效率和应用过程中无污染物排放而受国家政策推动发展迅猛。质子交换膜燃料电池技术(PEMFC)是现在最接近商业化的氢能利用技术，目前世界上利用该技术已经实现了多辆商用车与乘用车的发布，其中最出名的就是丰田在2014年推出的世界上第一辆商业氢乘用车——Mirai氢燃料电池乘用车。然而尽管氢燃料电池车已经发布近十年，但是由于氢燃料电池系统的成本高昂，价格为燃油车的2倍及以上，很大程度上阻碍了这项技术的商业化进程。
[0003]铂碳(Pt/C)催化剂是氢燃料电池中最重要的材料之一，同时也是燃料电池电堆中成本占比最高的部分。Pt/C催化剂高昂的成本直接限制了氢燃料电池成本，因此为了实现氢燃料电池的真正商业化，对Pt/C催化剂的研究一直是氢燃料电池领域的热点。为了研究Pt/C催化剂，需要对Pt/C催化剂的电化学性能进行测试，研究方法是将Pt/C催化剂制备成催化剂浆料并均匀的涂敷在玻碳电极上，使用旋转圆盘电极装置进行测试。然而催化剂的电化学测试结果不仅与Pt/C催化剂的催化活性相关，催化剂浆料的制备方法也会影响测试的最终结果。为了得到催化剂的最优测试结果，需要找到合适的催化剂浆料制备方案。一般来说，对Pt/C催化剂的研究都集中在Pt/C催化剂的制备技术的探索，在配置成浆料后进行电化学测试的步骤往往会有不同的配置方案，导致得到的Pt/C催化剂的测试结果并不能很准确的代表Pt/C催化剂的真实电化学性能。
[0004]因此，找到一种用于Pt/C催化剂进行电化学测试的催化剂浆料的制备方法对未来Pt/C催化剂的研究极为重要。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的不足，本专利技术的目的在于提供一种Pt/C催化剂浆料及其制备方法，将催化剂与全氟磺酸离子聚合物在分散剂中达到最佳的配制比例，从而使电化学测试得到的结果最真实的代表了Pt/C催化剂的电化学性能。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种Pt/C催化剂浆料，包括1
‑
3重量份的Pt/C催化剂粉末、1800
‑
2000重量份的水、1400
‑
1800重量份的异丙醇和4
‑
130重量份的全氟磺酸离子聚合物溶液。
[0008]进一步地，所述Pt/C催化剂粉末中Pt含量为20
‑
60wt％。
[0009]进一步地，所述水与异丙醇的体积比为1：1。
[0010]进一步地，所述全氟磺酸离子聚合物溶液为5wt％的Nafion溶液。
[0011]上述Pt/C催化剂浆料的制备方法，包括如下步骤：
[0012](1)将水、醇和全氟磺酸离子聚合物在低温环境下混合均匀；
[0013](2)加入催化剂粉末，在低温环境下分散均匀，得到混合浆料；
[0014](3)将混合浆料在低温环境下保存，使用前在低温环境下再次分散得到Pt/C催化剂浆料。
[0015]进一步地，所述低温环境为5
‑
10℃。
[0016]进一步地，所述步骤(1)中的混合均匀为水浴超声分散，超声功率100
‑
200W，超声时间30
‑
50min。
[0017]进一步地，所述步骤(2)中的分散为水浴超声分散处理30min，然后细胞破碎处理10min，循环三次。
[0018]进一步地，所述超声功率100
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250W，破碎功率300
‑
500W。
[0019]进一步地，所述步骤(3)中的分散为超声分散，超声功率为50
‑
300W，超声时间30min。
[0020]本专利技术Pt/C催化剂浆料由催化剂、分散剂和粘结剂构成，分散液为水和醇的混合液，催化剂为Pt/C催化剂，分散在分散液中，全氟磺酸离子聚合物是粘结剂，分布在催化剂表面。
[0021]传统的Pt/C催化剂的电化学测试过程一般是将Pt/C催化剂用分散剂分散制备成催化剂浆料，通过多次超声分散、搅拌使催化剂再浆料中达到理论上的完全分散，然后将催化剂浆料用微量进样器涂敷到测试专用的旋转圆盘电极或是旋转环盘电极上。用红外灯烘干浆料后，玻碳电极表面会形成均匀的一层黑色催化层。然后将负载有Pt/C催化剂的玻碳电极浸入电解液中，进行三电极或四电极体系的电化学测试。为了保证Pt/C催化剂测试过程可以均匀的负载在铂碳表面，全氟磺酸离子聚合物的添加比例极为重要，催化层上的催化剂与全氟磺酸离子聚合物会发生重要的物理化学作用，在全氟磺酸离子聚合物较稀的浆料中，Pt/C催化剂失去了与之界面形成的内外部作用力而导致脱落；随着全氟磺酸离子聚合物浓度的增加，Pt/C表面的催化活性位点由于较强的外部作用力而被其遮盖导致催化活性降低。因此必须从全氟磺酸离子聚合物与Pt/C催化剂的配置比例入手，最大化的提高浆料的分散性，使电化学测试使用的玻碳电极上的催化层均匀且得到的测试结果最接近理论上暴露的Pt/C催化剂活性位点数量，从而提高Pt/C催化剂测试的结果，加快氢燃料电池的商业化应用。
[0022]本专利技术将催化剂与全氟磺酸离子聚合物在分散剂中达到最佳的配制比例，通过改变催化剂与全氟磺酸离子聚合物在催化剂浆料中的质量比比来改变催化剂的实际电化学测试结果表现，催化剂浆料分散过程中多次进行分散处理使全氟磺酸离子聚合物均匀的分布在催化剂表面，最后进行低温保存和处理是为了防止全氟磺酸离子聚合物高温团聚，从而使电化学测试得到的结果最真实的代表了Pt/C催化剂的电化学性能。
附图说明
[0023]图1为实施例1中Cat./Nafion＝3:1催化剂浆料的TEM图；
[0024]图2为实施例1不同Cat./Nafion配比的催化剂浆料的CV测试图；
[0025]图3为实施例1与对比例1中Cat./Nafion＝3:1配比的催化剂浆料的CV测试图。
具体实施方式
[0026]为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。
[0027]本专利技术所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0028]实施例1
[0029]1、称取10mgPt/C催化剂(40wt％)6份。
[0030]2、按照催化剂和全氟磺酸离子聚合物的干重比分别为Cat./Nafion＝1:1、Cat./Nafion＝2:1、Cat./Nafion＝3:1、Cat./Nafion＝4:1、Cat./Nafion＝5:1、Cat./Nafion＝6:1，称取Nafion溶液(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Pt/C催化剂浆料，其特征在于：包括1
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3重量份的Pt/C催化剂粉末、1800
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2000重量份的水、1400
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1800重量份的异丙醇和4
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130重量份的全氟磺酸离子聚合物溶液。2.根据权利要求1所述的Pt/C催化剂浆料，其特征在于：所述Pt/C催化剂粉末中Pt含量为20
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60wt％。3.根据权利要求1所述的Pt/C催化剂浆料，其特征在于：所述水与异丙醇的体积比为1：1。4.根据权利要求1所述的Pt/C催化剂浆料，其特征在于：所述全氟磺酸离子聚合物溶液为5wt％的Nafion溶液。5.一种根据权利要求1至4任一项所述的Pt/C催化剂浆料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)将水、醇和全氟磺酸离子聚合物在低温环境下混合均匀；(2)加入催化剂粉末，在低温环境下分散均匀，得到混合浆料；(3)将混合浆料在低温环境下保存，使用前在低温环境下再次分...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝彦淇，李叙锋，仰韻霖，
申请(专利权)人：广东凯金新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：