CN107123815A - 用于燃料电池催化剂的制备方法 - Google Patents

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杨鸣
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Abstract

本发明公开了用于燃料电池催化剂的制备方法，包括如下步骤，A：将碳粉、碳纳米管以2:1比例混合，得到催化剂载体干粉；B:将铌前驱体溶解到无水乙醇中，得到铌盐溶液，加入氯铂酸溶液和柠檬酸钠保护剂搅拌；C:向步骤B中得到的溶液中加入氨水，置于反应釜中水热反应；D:将步骤C的溶液离心分离得到沉淀物质，将其加入到催化剂载体干粉的乙二醇溶液中，超声搅拌均匀；E：将D中的溶液进行抽滤，洗涤干净，真空干燥，研磨；F：将步骤E中研磨得到的粉体热处理。本发明的催化剂制备方法，采用碳粉与碳纳米管的混合物为载体制得催化剂，提高了载体的表面积，同时增强了载体与活性颗粒之间的吸附能力，提高了催化剂的催化能力和膜电极的性能。

Description

用于燃料电池催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种制备方法，具体涉及用于燃料电池催化剂的制备方法。
背景技术
燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。但是，它需要电极和电解质以及氧化还原反应才能发电。随着能源短缺、环境污染等问题的加剧，以及储氢材料和电催化剂开发方面的重大突破，未来电动汽车极有可能大规模投入使用。燃料电池以其零污染、高转化率等优势逐步成为电动汽车的主要动力来源。
燃料电池主要由端板、集电板、双极板、膜电极等组成，其中膜电极是燃料电池的核心部件，催化剂是膜电极的心脏部分。目前比较成熟的催化剂主要是以碳粉为载体，负载金属铂。但是金属铂颗粒与碳载体附着力会随之电池的使用而降低、碳载体的耐电化学腐蚀性能会随着电池的使用越来越弱、碳载体的表面积较小。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是比较成熟的催化剂主要是以碳粉为载体，负载金属铂。但是金属铂颗粒与碳载体附着力会随之电池的使用而降低、碳载体的耐电化学腐蚀性能会随着电池的使用越来越弱、碳载体的表面积较小，目的在于提供用于燃料电池催化剂的制备方法，采用碳粉与碳纳米管的混合物为载体制得催化剂，提高了载体的表面积，同时增强了载体与活性颗粒之间的吸附能力，提高了催化剂的催化能力和膜电极的性能。
本发明通过下述技术方案实现：
用于燃料电池催化剂的制备方法，包括如下步骤，A：制备催化剂载体干粉：将碳粉、碳纳米管以2:1的比例混合，用干粉混料机混合均匀得到催化剂载体干粉；B:将铌前驱体溶解到无水乙醇中，得到铌盐溶液，取氯铂酸H2PtCl6·6H2O水溶液和柠檬酸钠保护剂加入其中，搅拌均匀；C:向步骤B中得到的溶液中加入氨水，并置于反应釜中于200～210°下水热反应8～10h；D:将步骤C的溶液离心分离得到沉淀物质，将沉淀物质加入到催化剂载体干粉的乙二醇溶液中，超声搅拌均匀；E：将步骤D中的溶液进行抽滤，将滤饼洗涤干净，真空干燥，研磨；F：将步骤E中研磨后得到的粉体放入惰性气氛中于550℃～750℃下热处理3h，得到负载Pt的燃料电池催化剂。
本发明的催化剂制备方法，采用碳粉与碳纳米管的混合物为载体制得催化剂，提高了载体的表面积，同时增强了载体与活性颗粒之间的吸附能力，提高了催化剂的催化能力和膜电极的性能。其中，通过氯铂酸H2PtCl6·6H2O和铌前驱体溶液、载体混合制备催化剂，能够有效抑制Pt颗粒的迁移，在金属与载体之间强烈的相互作用下，既有利于电化学反应中的电子转移，又有利于O2分子在催化剂表面的吸附，从而提高催化剂活性和稳定性。
铌前驱体为五氯化铌或乙醇铌。
步骤B中所述的柠檬酸钠与氯铂酸的摩尔比为3～6：1。
真空干燥的条件是于60～80℃真空干燥4～6h。
所述氨水摩尔浓度为2mol/L～3mol/L。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明用于燃料电池催化剂的制备方法，采用碳粉与碳纳米管的混合物为载体制得催化剂，提高了载体的表面积，同时增强了载体与活性颗粒之间的吸附能力，提高了催化剂的催化能力和膜电极的性能；
2、本发明用于燃料电池催化剂的制备方法，能够有效抑制Pt颗粒的迁移，在金属与载体之间强烈的相互作用下，既有利于电化学反应中的电子转移，又有利于O2分子在催化剂表面的吸附，从而提高催化剂活性和稳定性；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
本发明用于燃料电池催化剂的制备方法，包括如下步骤，A：制备催化剂载体干粉：将碳粉、碳纳米管以2:1的比例混合，用干粉混料机混合均匀得到催化剂载体干粉；B:将铌前驱体溶解到无水乙醇中，得到铌盐溶液，取氯铂酸H2PtCl6·6H2O水溶液和柠檬酸钠保护剂加入其中，搅拌均匀；C:向步骤B中得到的溶液中加入氨水，并置于反应釜中于200～210°下水热反应8～10h；D:将步骤C的溶液离心分离得到沉淀物质，将沉淀物质加入到催化剂载体干粉的乙二醇溶液中，超声搅拌均匀；E：将步骤D中的溶液进行抽滤，将滤饼洗涤干净，真空干燥，研磨；F：将步骤E中研磨后得到的粉体放入惰性气氛中于550℃～750℃下热处理3h，得到负载Pt的燃料电池催化剂。
本发明的催化剂制备方法，采用碳粉与碳纳米管的混合物为载体制得催化剂，提高了载体的表面积，同时增强了载体与活性颗粒之间的吸附能力，提高了催化剂的催化能力和膜电极的性能。其中，通过氯铂酸H2PtCl6·6H2O和铌前驱体溶液、载体混合制备催化剂，能够有效抑制Pt颗粒的迁移，在金属与载体之间强烈的相互作用下，既有利于电化学反应中的电子转移，又有利于O2分子在催化剂表面的吸附，从而提高催化剂活性和稳定性。
优选的，铌前驱体为五氯化铌或乙醇铌。
优选的，步骤B中所述的柠檬酸钠与氯铂酸的摩尔比为3～6：1。
优选的，真空干燥的条件是于60～80℃真空干燥4～6h。
优选的，所述氨水摩尔浓度为2mol/L～3mol/L。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.用于燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，A：制备催化剂载体干粉：将碳粉、碳纳米管以2:1的比例混合，用干粉混料机混合均匀得到催化剂载体干粉；B:将铌前驱体溶解到无水乙醇中，得到铌盐溶液，取氯铂酸H2PtCl6·6H2O水溶液和柠檬酸钠保护剂加入其中，搅拌均匀；C:向步骤B中得到的溶液中加入氨水，并置于反应釜中与200～210°下水热反应8～10h；D:将步骤C的溶液离心分离得到沉淀物质，将沉淀物质加入到催化剂载体干粉的乙二醇溶液中，超声搅拌均匀；E：将步骤D中的溶液进行抽滤，将滤饼洗涤干净，真空干燥，研磨；F：将步骤E中研磨后得到的粉体放入惰性气氛中于550℃～750℃下热处理3h，得到负载Pt的燃料电池催化剂。
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，铌前驱体为五氯化铌或乙醇铌。
3.根据权利要求1所述的用于燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，步骤B中所述的柠檬酸钠与氯铂酸的摩尔比为3～6：1。
4.根据权利要求1所述的用于燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，真空干燥的条件是于60～80℃真空干燥4～6h。
5.根据权利要求1所述的用于燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，所述氨水摩尔浓度为2mol/L～3mol/L。
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