【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化剂材料制备，尤其涉及一种高性能铂碳催化剂的制备方法及高性能铂催化剂。
技术介绍
1、氢燃料电池作为一种能够将氢气的化学能直接转变为电能并实现高效对外做功的发电装置，具备了能量密度高、能量转换效率高、常温启动速度快、绿色无污染等优点。在如今倡导绿色能源和可持续发展战略的背景下，氢燃料电池具有巨大的发展潜力和应用前景。氢燃料电池中关键能量转换过程可以用公式来描述：2h2+o2→2h2o，该反应中氢气在阳极被氧化，氧气在阴极被还原。由于阴极氧还原反应(orr)是一个多电子、多步反应，动力学缓慢，因此orr反应成为了限制能量转换效率的关键步骤。目前商业应用价值最高的orr催化剂为铂碳催化剂，但对于大规模商业应用来说，铂碳催化剂仍有不足之处。一方面，铂资源稀缺、价格昂贵，其成本约占燃料电池总成本的40％；另一方面，目前使用的商业铂碳催化剂中铂金属的分散度还不理想，容易团聚失活，而氢燃料电池阴极的铂溶解和团聚导致铂表面积随时间下降明显，影响燃料电池寿命。因此，提高铂碳催化剂的催化活性和稳定性，开发高性能铂碳催化剂，对促进氢燃料电池大规模商业应用和市场化进程意义显著。
2、影响铂碳催化剂活性、稳定性的因素很多且复杂。目前主流学术研究成果认为铂碳催化剂的活性、稳定性与铂的粒径、形貌、结构，以及载体的种类、性质和铂载量有关。现有技术主要是通过控制铂的粒径、形貌、结构以及载体的比表面积、孔结构来改进铂碳催化剂的性能，一些文献也报道过对碳载体进行改性从而提升催化剂活性。目前铂碳催化剂的合成技术路线主要有以下几种：(1)液
3、在这些合成方案中，技术路线(1)以醇类物质作为有机溶剂进行反应，加入柠檬酸钠等还原剂进行还原，制得的铂碳具有铂颗粒尺寸小、粒径分布集中、催化剂活性位点多等优点。但是在反应中需要使用乙醇和naoh，并且溶液加热温度需要加热至130℃以上，对反应装置和操作流程要求较高，不利于规模化生产制备。技术路线(2)是将铂前驱体、碳载体和多元醇混合后进行反应，得到的混合液浓缩干燥得到样品，该方法不会引入新的杂质，并且由于多元醇的配位作用，得到的铂碳催化剂分散性较好，但是多元醇沸点较高，需要高温干燥挥发，并且铂碳催化剂接触醇类易发生剧烈氧化，干燥过程具有一定的安全隐患。在技术路线(3)中，先将前驱体、尿素和载体混合后干燥，再通入氢气还原得到铂碳催化剂，尿素在高温下分解挥发，可有效抑制催化剂颗粒间的团聚，增强催化剂的分散性，但是氢气属于可燃性气体，对设备要求较高，并且高温会促进铂晶体的生长，不利于催化活性的提高。技术路线(4)采用原位合成法，将碳载体和铂的前驱体先混合再进行还原和热处理，三聚氰胺在热解后形成氮掺杂的碳载体，铂颗粒插入到碳载体的晶格体相，降低脱落的风险，可有效增加催化剂稳定性，并且条件相对温和，对设备要求低，是一种理想的合成制备方案。但是在该合成过程中，采用了多次回流和调节ph的过程，制备过程相对比较复杂，需要进一步优化工艺，以提高铂碳催化剂性能。
4、公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中铂催化剂制备方法复杂、稳定性差、易团聚失活的技术问题，本专利技术提供一种高性能铂碳催化剂的制备方法及高性能铂催化剂。
2、本专利技术的专利技术原理在于：提出一种胶体法结合原位还原法的催化剂制备方法，利用铂离子和氢氧根结合的特性使铂离子形成胶体，之后在co离子和有机配体形成多孔有机骨架材料(mofs)的过程中，利用mofs多孔结构和高比表面将铂胶体包覆在孔道中，使铂胶体能够充分分布在在mofs材料表面，在高温热处理过程中mofs转换为钴氮碳载体，载体中的碳能够作为还原剂直接还原氢氧化铂得到铂纳米颗粒。同时在热处理过程中引入润湿剂，在高温热处理下润湿剂逐步挥发逸出，能够有效抑制催化剂颗粒间的团聚烧结，最终得到高度分散的铂碳催化材料。
3、本专利技术第一方面提供一种高性能铂碳催化剂的制备方法，采用胶体法结合原位还原法，包括：
4、s1：多孔有机骨架材料形成过程中包覆铂胶体，经过后处理的到固体粉末；
5、s2：向所述固体粉末中引入高沸点的润湿剂，形成糊状物，然后将所述糊状物进行高温热处理，原位还原得到铂碳催化剂，其中高沸点是指沸点温度范围为190℃～310℃。
6、在一些实施方式中，所述步骤s1的形成过程包括：
7、配制钴盐溶液，记为溶液a，所述钴盐选自硝酸钴、氯化钴、乙酸钴中的一种或多种；
8、配制有机配体溶液，记为溶液b，所述有机配体选自1,10-菲罗啉、3,5-二甲基吡唑、1,3-二氮唑中的一种或多种；
9、配制铂胶体，向铂酸或铂盐溶液中的加入碱液，使溶液ph保持在8～10范围，记为胶体悬液c；
10、将所述溶液a、胶体悬液c同时加入到所述溶液b中，混合均匀后将混合溶液于恒温水浴中反应，实现多孔有机骨架材料形成过程中包覆铂胶体。
11、在一些实施方式中，所述钴盐溶液中钴离子的浓度为0.05～0.5mol/l；
12、和/或，所述有机配体溶液的浓度为0.1～1mol/l。
13、4在一些实施方式中，所述铂酸或铂盐溶液中铂离子浓度为0.01～0.1mol/l；
14、和/或，所述碱液的浓度为0.1～1mol/l，所述碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水中的一种或多种。
15、在一些实施方式中，所述恒温水浴的温度为60℃～80℃，所述反应时间为4h～6h。在60℃～80℃恒温水浴能够促进金属离子和有机配体发生配位反应生成本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高性能铂碳催化剂的制备方法，其特征在于，采用胶体法结合原位还原法，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1的形成过程包括：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述钴盐溶液中钴离子的浓度为0.05～0.5mol/L。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述有机配体溶液的浓度为0.1～1mol/L。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述铂酸或铂盐溶液中铂离子浓度为0.01～0.1mol/L；
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述恒温水浴的温度为60℃～80℃，所述反应时间为4h～6h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述润湿剂为选自乙二醇、丙三醇、丁三醇中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述润湿剂与所述固体粉末的质量比为1～10:1。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温热处理温度为500℃～800℃；
10.一种高性能铂催化剂，
...【技术特征摘要】
1.一种高性能铂碳催化剂的制备方法，其特征在于，采用胶体法结合原位还原法，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1的形成过程包括：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述钴盐溶液中钴离子的浓度为0.05～0.5mol/l。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述有机配体溶液的浓度为0.1～1mol/l。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述铂酸或铂盐溶液中铂离子浓度为0.01～0.1mol/l；
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄超，邓翔，龚志威，王凡，裴晓东，
申请(专利权)人：中钢集团南京新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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