【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，尤其涉及一种铂基催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池(pemfc)由于其高效、清洁等优势得到了广泛关注，其中pt是其阴极氧还原反应(orr)催化剂不可缺少的元素。
2、现有的铂基催化剂中，pt/c催化剂使用最为广泛，并已经实现大规模商用。其以商业碳黑为载体，在其表面负载pt颗粒，从而实现催化效果。但是pt/c催化剂本征活性较低，质量活性大多在0.1-0.3a·mgpt-1之间，导致此类催化剂在pemfc中的用量较高。而由于pt价格昂贵，且pt/c催化剂质量活性距美国能源部(doe)标准所要求的0.44a·mgpt-1存在差距，导致pt/c催化剂难以进一步广泛地应用。
3、现有的较高质量活性的铂基催化剂有铂基合金催化剂和强金属-载体作用催化剂。铂基合金催化剂将pt与co、fe等廉价过渡金属组成合金，既可以降低pt使用量，又可以通过配体效应和应变效应改变pt电子结构，从而优化其本征活性。但过渡金属活性较高，在苛刻的电化学环境下极易发生溶解，丧失对pt的作用的同时还会损害质子交换膜。虽然通过设计核壳结构、耐蚀元素掺杂等方法可以阻碍过渡金属溶解，但此类方法流程复杂，难以实现规模化生产。强金属-载体作用催化剂则通过对碳载体进行改性，通过设计孔结构、杂原子掺杂等手段使得碳载体能与pt基金属产生更强的作用力，从而提升催化剂电化学性能和稳定性。但此类手段也面临着技术路线复杂、难以大规模生产的问题。
4、现有的商业pt/c催化剂存在活性不足问题，而新型催化剂的合成
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于，提供一种铂基催化剂及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是如何提供一种铂基催化剂的制备方法，其制备方法流程简单，易操作，能实现规模化生产，且制备的铂基催化剂催化活性高，从而更加适于实用。
2、本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种铂基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
3、(1)将铂盐和过渡金属盐溶于水，然后加入纳米致孔剂混匀，再加入水溶性树脂，搅拌均匀，得到树脂基前驱体；其中，以前述的树脂基前驱体的质量为100％，前述的水溶性树脂含量≥40％；前述的纳米致孔剂与前述的水溶性树脂的质量比为0.8-1.5：1；
4、(2)在前述的树脂基前驱体中加入固化剂，固化，粉碎，得到固化产物；
5、(3)前述的固化产物在氢气体积浓度为5-10％的氢/氩混合气氛围下，在350-500℃下保持1-3h，再在600-800℃保持0.5-2h，得到碳化产物；
6、(4)去除前述的碳化产物中的前述的纳米致孔剂，得到铂基催化剂；
7、前述的铂基催化剂的金属含量为10-40％，金属含量的计算公式为：
8、金属含量＝σ(金属盐质量×金属含量)/[σ(金属盐质量×金属含量)+σ(树脂质量×树脂得碳率)]。
9、本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
10、在一些实施例中，根据前述的铂基催化剂的制备方法，所述的纳米致孔剂的粒径范围为15-50nm。
11、在一些实施例中，根据前述的铂基催化剂的制备方法，所述的纳米致孔剂为纳米sio2，采用naoh/koh溶液去除前述的碳化产物中的纳米sio2。
12、在一些实施例中，根据前述的铂基催化剂的制备方法，所述的过渡金属盐对应的过渡金属为co、fe、ni和cu中的至少一种。
13、在一些实施例中，根据前述的铂基催化剂的制备方法，所述的铂基催化剂的金属含量为15-35％。
14、在一些实施例中，根据前述的铂基催化剂的制备方法，所述的水溶性树脂为酚醛树脂、乙烯基树脂和环氧树脂中的至少一种。
15、在一些实施例中，根据前述的铂基催化剂的制备方法，所述的固化剂为胺类固化剂，前述的树脂基前驱体固化的方法为在80-120℃下加热6-12h。
16、在一些实施例中，根据前述的铂基催化剂的制备方法，所述的固化产物在400-450℃下保持1.5-2.5h，再在600-800℃保持1-1.5h，得到碳化产物。
17、本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种铂基催化剂，其特征在于，包括树脂衍生多孔碳载体及其原位负载的铂基合金，金属含量为10-40wt％，孔径为15-50nm，比表面积为100-600m2g-1。
18、本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的前述的铂基催化剂在氧还原反应电催化剂、燃料电池或用电设备中的应用。
19、通过上述技术方案，本专利技术一种铂基催化剂及其制备方法和应用至少具有下列优点：
20、本专利技术提出一种铂基催化剂的制备方法，通过将铂盐、过渡金属盐、纳米致孔剂和水溶性树脂固化，然后在还原气氛下加热，使水溶性树脂碳化，然后在高温下使铂盐和过渡金属盐原位还原为单质，并使铂和过渡金属发生原子扩散，形成高度有序的金属间化合物，得到碳化产物。之后去除碳化产物中的纳米致孔剂，得到铂基催化剂。制备出的铂基催化剂催化活性高，这是由于，第一方面，本专利技术的铂基催化剂同时负载了铂与过渡金属的合金，其中的过渡金属能调控铂的电子结构，有效提高铂基催化剂的本征活性；第二方面，去除碳化产物中的纳米致孔剂后形成纳米级的孔径，细小且均匀，使得本专利技术制备的铂基催化剂具有很高的比表面积，从而具有高催化活性；第三方面，通过铂盐和过渡金属盐在碳化水溶性树脂中原位还原，使得铂和过渡金属在铂基催化剂中分布均匀，进一步提高铂基催化剂得催化活性。在以上三方面的作用下，本专利技术制备出的铂基催化剂孔径为15-50nm，比表面积为100-600m2·g-1，具有0.6a·mgpt-1以上的质量活性，满足doe对催化剂质量活性的要求。
21、本专利技术提供的铂基催化剂制备方法为一系列常见的铂基催化剂的普适性合成方案，能很方便地根据性能、成本等需求调控负载的铂与过渡金属的种类及含量，针对性地合成特定组成的铂基催化剂。
22、本专利技术提供的铂基催化剂制备方法采用活性位点-载体共生成方案，通过一次煅烧过程即可得到所需铂基催化剂，节约能耗，制备方法流程简单，易操作，易于规模化生产。
23、上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
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1.一种铂基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米致孔剂的粒径范围为15-50nm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米致孔剂为纳米SiO2，采用NaOH/KOH溶液去除所述碳化产物中的纳米SiO2。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属盐对应的过渡金属为Co、Fe、Ni和Cu中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铂基催化剂的金属含量为15-35％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性树脂为酚醛树脂、乙烯基树脂和环氧树脂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固化剂为胺类固化剂，所述树脂基前驱体固化的方法为在80-120℃下加热6-12h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固化产物在400-450℃下保持1.5-2.5h，再在600-800℃保持1-1.5h，得到碳化产物。
9.一种铂基催化
10.一种权利要求9所述的铂基催化剂在氧还原反应电催化剂、燃料电池或用电设备中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种铂基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米致孔剂的粒径范围为15-50nm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米致孔剂为纳米sio2，采用naoh/koh溶液去除所述碳化产物中的纳米sio2。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属盐对应的过渡金属为co、fe、ni和cu中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铂基催化剂的金属含量为15-35％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性树脂为酚醛树脂、乙烯...
【专利技术属性】
技术研发人员：李凌宇，朱睿，徐铭，贾菲，崔凯，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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