CN101740783A - 一种燃料电池催化剂载体的制备方法 - Google Patents

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王晓敏
刘虹
郭俊杰
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Abstract

一种燃料电池催化剂载体的制备方法是用CVD法将重油残渣高温热解制得炭微球，回流清洗过滤后，经酸处理制得碳浆，并与H2PtCl6溶液和MCl2溶液充分混合，再加入还原剂，后保温、清洗过滤烘干制得。本发明利用工业废料重油残渣作为制备炭微球的原料，解决了废料对环境的污染问题，减少了能源消耗，而且制备工艺简单，成本低廉。同时，还具有优良的催化活性，适用于甲醇等燃料电池催化剂载体。

Description

一种燃料电池催化剂载体的制备方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池催化剂载体的制备方法，尤其是一种利用重油残渣制得碳微球用作电池催化剂载体的制备方法。
背景技术
以沥青为原料的碳微球制备方法很多，包括直接热缩聚法、间接热缩聚法、乳化法和悬浮法等。以有机气体为原料制备碳微球，一般经过两个步骤：有机碳源经高温分解成碳质分子，然后碳质分子重新组合成新的碳材料。与中间相沥青质碳微球相比，制备方法上有明显优势。这种以有机化合物为原料，经过直接高温分解得到高纯度球形碳的工艺简单、工艺过程容易控制，收率较高，但成本比较昂贵。
为了实现重油资源的高效转化利用，实现“零渣油”排放的重油综合利用技术，以重油残渣为原料，探索不同反应途径和特殊物理环境条件下向富勒烯和纳米碳微球的定向可控转化机理，将为重油资源的高效利用的提供科学基础。
本发明所述的重油残渣是指一类具有超分子结构的胶状沥青状物质。通常所说的重油是指常规原油中的渣油和API度小于20(相对密度大于0.934)的稠油。重油可粗略的分成两部分：可转化为汽油、煤油、柴油的轻质等车用轻质燃料和化工原料的可转化部分，以及通过现有的加工手段不能或者难以经济转化的残渣部分。
重油残渣到目前还未找到有效利用途径的工业废料，价格极其低廉，现有公开号为200610012480.9的“一种燃料电池催化剂载体的制备方法”发明专利，通过化学气相沉积法处理使其转变为尺寸均匀的碳微球。将重油残渣制得的碳微球作为Pt的载体，制得的Pt碳微球复合材料，可以增加催化剂的表面积和反应活性，从而增加Pt的利用率，提高使用寿命。同时还具有制造成本低，工艺简单，有益环保等优点。但实践证明用“一种燃料电池催化剂载体的制备方法”制备出的催化剂容易CO中毒，且Pt含量较高，成本昂贵。为了避免这类问题，在Pt/C的基础上加入金属M(Sn，Ru，Pd)，能抑制催化剂中毒，从而提高催化剂的活性和稳定性，延长电池的使用寿命。因此，制备Pt-M/C催化剂载体备受关注。
发明内容
本发明的问题在于利用重油残渣制得碳微球用作燃料电池催化剂载体的工艺问题，并提供一种工艺简单、价格低廉，且有利于环境保护的一种燃料电池催化剂载体的制备方法。
本发明基于上述问题和目的，提出了以重油残渣制得的炭微球为载体负载Pt-M纳米颗粒的方法是，用CVD法将重油残渣高温热解制得炭微球，再用超声振荡分散制得碳浆后加入H2PtCl6溶液和MCl2溶液均匀混合，后滴加还原剂，保温后清洗、过滤，烘干即可。
本发明用重油残渣制得炭微球为载体，用浸渍还原法将Pt负载在该载体上制备Pt-M/炭微球复合材料，其具体的制备工艺步骤如下：
(1)用化学气相沉积法在1273K将重油残渣热解制得粒径均匀的碳微球；
(2)取1g碳微球，在393K在5mol·L-1硝酸溶液中回流，并清洗，过滤；
(3)取硝酸溶液处理过的碳微球，于水中超声振荡分散均匀制得碳浆；
(4)缓慢加入ρ(Pt)＝7.4mg/ml的H2PtCl6溶液7.5ml和ρ(M)＝8mg/ml的MCl2溶液4ml，使其与碳微球混合均匀；
(5)逐滴加入还原剂为氢氧化钠溶液、乙二醇溶液或联二亚硫酸钠溶液，将混合液调节至中性；
(6)然后将混合溶液加热至333K，保温30min；
(7)将混合液用蒸馏水反复冲洗、过滤，并在真空状态下烘干，制得燃料电池催化剂载体。
其中，所述的MCl2溶液为SnCl2溶液、RuCl2溶液或是PdCl2溶液，
按照上述工艺步骤所实现的采用重油残渣制得碳微球作为燃料电池的催化剂载体，其优点首先在于利用工业废料的重油残渣作为制备碳微球的原料，解决了重油残渣废料对环境的污染问题，也减少了能源的消耗，而且能够大大地降低燃料电池催化剂载体的成本；其次，从重油残渣到碳微球的转变仅需要通过简单的化学气相沉积法一步实现，从而简化了碳载体的制备工艺；第三，用JSM-6700F扫描电镜(SEM)，发现有Pt-M颗粒沉积在碳微球上，说明使用碳微球作为载体可以提高Pt-M的比表面积，从而提高利用率；第四，碳微球具有碳材料耐腐蚀的共性，可以保证复合物的使用寿命；第五，取少许在乙醇中超声分散，将悬浮液滴在微栅铜网上，干燥后用JEM-2010型高分辨透射电镜(HRTEM，加速电压为200kV，点分辨率为0.19nm)对其进行观察表征发现，载体作用下，Pt-M的分散度大为提高，同时载体的存在减少了粒子聚集；第六，经过电化学工作站的检测，该Pt-M/碳微球复合物具有优良的对甲醇等燃料的催化活性，说明加入金属M(Sn，Ru，Pd)可以提高Pt-M/碳微球的含氧物种覆盖度，从而抑制催化剂的CO中毒。
本发明工艺简单、价格低廉，且有利于环境保护，是一种绿色的、节能减排的燃料电池催化剂载体的制备方法，适用于载体碳微球，碳纳米管的制备。
附图说明
图1是本发明载Pt前炭微球的SEM图。图中：碳微球结构规整，粒径分布均匀，在300-400nm。
图2是本发明Pt/炭微球的HRTEM图。图中：Pt金属粒子均匀分散在碳微球表面，金属Pt的粒径大约为4.1nm。
图3是本发明载Pt-Sn/炭微球的SEM图。图中：PtSn金属粒子均匀分散在碳微球表面。
具体实施方式
下面对本发明的一种燃料电池催化剂载体的制备方法作出进一步的详细说明。
实施例1
利用CVD法在1273K温度下将重油残渣高温热解制得尺寸均匀的炭微球，称取1g收集到的炭微球，加热到393K在5mol·L-1硝酸溶液中回流5h，然后用大量去离子水冲洗至呈中性，过滤、干燥，收集样品。称取40mg纯化处理过的炭微球，于水中超声振荡制得碳浆，缓慢加入ρ(Pt)＝7.4mg/ml的H2PtCl6溶液7.5ml和ρ(Sn)＝8mg/ml的SnCl2溶液4ml，使其与炭微球充分混合。加入50mL的甲醛溶液，再加入少量NaOH(0.5mol·L-1)溶液，将混合液调节至中性，将溶液加热至333K，保温30min，待溶液冷却至室温后再连续搅拌24h。清洗、过滤并在353K真空状态下烘干，即得10wt.％Pt-Sn/炭微球复合材料，即燃料电池催化剂载体。
实施例2
利用CVD法在1273K温度下将重油残渣高温热解制得尺寸均匀的炭微球，称取1g收集到的炭微球，加热到393K在5mol·L-1硝酸溶液中回流5h，然后用大量去离子水冲洗至呈中性，过滤、干燥，收集样品。称取40mg纯化处理过的炭微球，于水中超声振荡制得碳浆，缓慢加入ρ(Pt)＝7.4mg/ml的H2PtCl6溶液7.5ml和ρ(Ru)＝8mg/ml的RuCl2溶液4ml，使其与炭微球充分混合。加入50mL的乙二醇(EG)溶液，再加入少量NaOH(0.5mol·L-1)溶液，将混合液调节至中性，将溶液加热至333K，保温30min，待溶液冷却至室温后再连续搅拌24h。清洗、过滤并在353K真空状态下烘干，即得10wt.％Pt-Ru/炭微球复合材料。
实施例3
利用CVD法在1273K温度下将重油残渣高温热解制得尺寸均匀的炭微球，称取1g收集到的炭微球，加热到393K在5mol·L-1硝酸溶液中回流5h，然后用大量去离子水冲洗至呈中性，过滤、干燥，收集样品。称取40mg纯化处理过的炭微球，于水中超声振荡制得碳浆，缓慢加入ρ(Pt)＝7.4mg/ml的H2PtCl6溶液7.5ml和ρ(Pd)＝8mg/ml的PdCl2溶液4ml，使其与炭微球充分混合。加入50mL的Na2S2O4(0.2mol·L-1)溶液，再加入少量NaOH(0.5mol·L-1)溶液，将混合液调节至中性，将溶液加热至333K，保温30min，待溶液冷却至室温后再连续搅拌24h。清洗、过滤并在353K真空状态下烘干，即得10wt.％Pt-Pd/炭微球复合材料。

Claims (3)

1.一种燃料电池催化剂载体的制备方法，包括化学气相沉积法，浸渍还原法，其方法是用化学气相沉积法将重油残渣热解制得炭微球，再用超声振荡分散制得碳浆后，加入H2PtCl6溶液和MCl2溶液均匀混合，后滴加还原剂为氢氧化钠溶液、乙二醇溶液或联二亚硫酸钠溶液，保温后清洗，过滤，烘干制得燃料电池催化剂载体。
2.如权利要求1所述方法的具体工艺步骤按下列顺序进行：
(1)用化学气相沉积法在1273K将重油残渣热解制得粒径均匀的碳微球；
(2)取1g碳微球，在393K在5mol·L-1硝酸溶液中回流，并清洗，过滤；
(3)取硝酸溶液处理过的碳微球，于水中超声振荡分散均匀制得碳浆；
(4)缓慢加入ρ(Pt)＝7.4mg/ml的H2PtCl6溶液7.5ml和ρ(M)＝8mg/ml的MCl2溶液4ml，使其与碳微球混合均匀；
(5)逐滴加入还原剂为氢氧化钠溶液、乙二醇溶液或联二亚硫酸钠溶液，将混合液调节至中性；
(6)然后将混合溶液加热至333K，保温30min；
(7)将混合液用蒸馏水反复冲洗、过滤，并在真空状态下烘干，制得燃料电池催化剂载体。
3.如权利要求1或2所述方法，2所述的MCl2溶液为SnCl2溶液、RuCl2溶液或是PdCl2溶液。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN110459756A (zh) * 2019-08-15 2019-11-15 深圳电丰电子有限公司 锂离子电池用三维多孔碳支撑高密度纳米复合材料的制备

Cited By (6)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102631915A (zh) * 2011-12-07 2012-08-15 天津市贝特瑞新能源材料有限责任公司 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
CN103007960A (zh) * 2012-12-13 2013-04-03 北京化工大学常州先进材料研究院 一种基于重油残渣的锂空气电池催化剂的制备方法
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CN107482231A (zh) * 2017-08-01 2017-12-15 江苏理工学院 一种致密三维纳米球状Pt/炭化秸秆复合材料及其制备方法
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