本发明专利技术一种中间相炭微球负载Pt的燃料电池催化剂及其制备方法和其应用，本发明专利技术的制备方法具有工艺简单、环境友好等特点，通过对中间相炭微球进行酸化改性处理和/或碱化改性处理，在催化剂载体的表面引入一些极性功能团，以显著增大其表面积和提高其吸附能力，从而显著增大催化剂的吸附量，并有效控制催化剂载体中铂的负载量和分散程度，改善Pt的催化性能，提高贵金属催化剂的利用率，有效解决燃料电池催化剂载体所存在的稳定性差、耐久性差、成本高等问题，并且，制得的中间相炭微球负载Pt燃料电池催化剂具有催化性能优异、价格低廉、耐腐蚀、耐久性良好、稳定性优异等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池催化剂领域，特别涉及一种中间相炭微球负载Pt的燃料电池催化剂及其制备方法和其应用。
技术介绍
在当今化石能源日趋匮乏的形势下，燃料电池作为继火电、风电、核电之后的又一种新型化学能源和可再生能源而倍受关注。其中，燃料电池中的质子交换膜电池具有高效、环境友好、低噪音、可靠性高、维修方便等优点而被广泛研究。质子交换膜燃料电池以氢(H2)为燃料,H2在电池负极催化剂的催化作用下，氧化释放出氢质子(H+)和电子，H+经质子交换膜到达电池正极，电子经过外电路流向正极，从而形成电流；正极的反应物是空气中的 氧(O2)，氧在正极催化剂的催化作用下，捕获途经外电路的电子而被还原，同时与H+结合生成水(H2O)。目前，燃料电池中的催化剂仍以钼系金属为主的贵金属催化剂，这些贵金属催化剂对正极和负极的氧化还原反应均具有催化活性。但是，钼系金属价格昂贵，资源有限，需要研究提高其利用率的方法或者降低其用量的方法来降低其制造成本。为此，已有的钼系金属催化剂均以纳米颗粒的形式高度分散在高比表面积的催化剂载体上，其中，已知的催化剂载体包括碳纳米管、石墨烯、炭黑、碳气凝胶、有序介孔碳等碳载体和/或其他载体。但是，这些催化剂载体因不耐电化学腐蚀而引起催化剂载体的衰退，存在稳定性差和耐久性差等缺陷，且仍存在成本高、稳定性差和耐久性差等问题，极大地阻碍了燃料电池的商业化进程。为了解决催化剂载体的稳定性和耐久性等问题，李云霞等人(物理化学学报，2011年，27(4) =858-862)采用直接化学还原法制备石墨烯(Gr)负载Pt催化剂，其研究结果表明，由石墨烯做催化剂载体制备的Pt/Gr催化剂具有较好的分散性，并且，Gr优良的导电性使得Pt在片层结构的Gr上具有更高的利用率，且Gr的表面活性中心与Pt催化剂之间存在协同增效作用，可以显著提高Pt/Gr催化剂的催化效率，并显著提高了燃料电池中的氧化还原反应效率，其催化效率甚至优于商业化应用的JM-Pt/C电极(其中，JM-Pt/C电极由英国Jonhson-Matthey公司制造)。但是,石墨烯的制备工艺复杂,并存在安全隐患，且价格昂贵，故仍存在生产成本高，不利于大规模生产等缺陷。CN102110821A公开了一种适用于动态工况的高稳定性的燃料电池阴极(负极)催化剂，该催化剂用预处理后的碳纳米管制备了载Pt量为20%的Pt/CNT催化剂，显著提高了催化剂的稳定性和其抗电化学腐蚀的能力。但是，碳纳米管的比表面积小，与其他物质的结合力较差，且价格昂贵，存在生产成本高，不利于大规模生产等缺陷。CN101229512A公开了一种提高燃料电池催化剂稳定性的方法，该方法通过对碳载体进行高温热处理，使得碳载体材料部分石墨化，提高了碳载体的稳定性，再对部分石墨化的碳载体进行酸处理，再采用直接还原或乙二醇还原的方法将Pt负载在载体上。该方法通过碳载体材料的部分石墨化处理来提高载体的稳定性，在一定程度上克服了由电化学腐蚀引起的催化剂流失、耐久性差和稳定性差等问题。但是，该方法制备的催化剂仍然存在Pt与碳载体之间的结合力差、Pt纳米粒子容易在载体表面迁移、团聚长大、表面积减小、催化活性降低等缺陷。为此，需要研究一种稳定性更好、耐久性更优、成本更优的燃料电池催化剂载体。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种中间相炭微球负载Pt的燃料电池催化剂，所述的燃料电池催化剂以活化预处理后的中间相炭微球为载体，其中，采用化学还原沉积法或电化学沉积法将Pt盐还原为Pt金属并将其负载在活化预处理后的中间相炭微球载体上，所述燃料电池催化剂的制备方法 包括下述步骤1)将中间相炭微球进行活化预处理后，力口水清洗至近中性，烘干，冷却，制得活化预处理后的中间相炭微球，其中，所述的活化预处理选自酸化改性处理、碱化改性处理的任一种或其组合；2)将步骤I)制得的活化处理后的中间相炭微球置于水中，搅拌，制得碳浆，缓慢加入钼盐溶液，使其与活化处理后的中间相炭微球充分混合，再加入还原剂溶液，调节溶液PH至近中性，加热至40°C -90°C，保温20min-60min,冷却至室温后,继续搅拌12h_24h,过滤,清洗,烘干，即得。本专利技术的优选技术方案中，所述中间相炭微球的中位粒径(D50)为1-100 iim，优选为10-40 u m,更优选为10-20 u m。本专利技术的优选技术方案中，燃料电池催化剂的制备步骤中所述的水选自蒸馏水、去离子水、纯净水的任一种或其组合。本专利技术的优选技术方案中，所述中间相炭微球的酸化改性用物质选自硝酸、H2O2,磷酸、硫酸、盐酸的任一种或其组合，优选为硝酸双氧水的质量比为0. 8-1. 5 I的硝酸双氧水溶液。本专利技术的优选技术方案中，所述中间相炭微球的碱化改性处理用物质选自钠的可溶性氢氧化物、钾的可溶性氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐的任一种或其组合，优选为NaOH、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾的任一种或其组合。本专利技术的优选技术方案中，所述酸化改性处理步骤中，酸化改性溶液的质量百分比浓度为40-75 %，优选为50-70 %，更优选为60-65 %。 本专利技术的优选技术方案中，所述酸化改性处理步骤中，所述酸化改性物质与中间相炭微球之间的质量比为1-15 1，优选为5-12 1，更优选为8-10 I。本专利技术的优选技术方案中，所述酸化改性处理步骤中，酸化改性的处理时间为0.5h_6h，优选为lh_5h，更优选为2_3h。本专利技术的优选技术方案中，所述碱化改性处理步骤中，碱化改性溶液的质量百分比浓度为10% -50%，优选为20% -40%，更优选为28% -32%。本专利技术的优选技术方案中，所述碱化改性处理步骤中，所述碱化改性物质与中间相炭微球之间的质量比为1-50 1，优选为10-40 1，更优选为30-35 I。本专利技术的优选技术方案中，所述碱化改性处理步骤中，碱化改性的处理时间为0.5h-6h，优选为lh-5h，更优选为2-3h。本专利技术的优选技术方案中，活化处理后的中间相炭微球与钼盐之间的质量比为I.6-6. 4 1，优选为 2. 1-4. O 1，更优选为 3.2 I。本专利技术的优选技术方案中，步骤2)中所述的搅拌选自超声振荡、机械搅拌、磁力搅拌的任一种或其组合。本专利技术的优选技术方案中，组成所述钼盐溶液的Pt盐物质选自氯钼酸、氯钼酸钾、氯钼酸钠、四氯化钼、羟基钼酸钠、、硝酸钼的任一种或其组合，优选为氯钼酸。本专利技术的优选技术方案中，调节溶液pH的物质选自NaOH、K0H、碳酸氢钠、碳酸氢钾、磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钾的任一种或其组合，优选为NaOH、KOH的任一种或其组合。本专利技术的优选技术方案中，组成所述还原剂溶液的还原剂物质选自甲醛、乙二醇、 硼氢化钠、柠檬酸钠、次磷酸钠、甲酸钠、多聚甲醛、抗坏血酸的任一种或其组合，优选为次磷酸钠、甲醛、乙二醇的任一种或其组合。本专利技术的优选技术方案中，所述还原剂溶液的质量百分比浓度为10% -50%，优选为20% -40%，更优选为28% -32%。本专利技术的优选技术方案中，还原剂与钼盐之间的质量比为20-200 1，优选为80-180 I，更优选为 100-150 I。本专利技术的中本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨红强，苗艳丽，李花，张俊平，
申请(专利权)人：天津市贝特瑞新能源材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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