CN112825357A - Pt基多组元过渡金属合金纳米电催化剂及制备和应用 - Google Patents

Pt基多组元过渡金属合金纳米电催化剂及制备和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种担载型Pt基多组元过渡金属合金纳米电催化剂及制备与应用,具体步骤如下:1)将导电碳载体分散在多元醇溶液中,调节溶液的pH值大于等于9;2)将铂前体和过渡金属前体溶解在同一多元醇溶液中,调节溶液的pH值大于等于9;3)将铂前体和过渡金属前体的多元醇溶液与导电碳多元醇溶液均匀混合;4)升温至120‑160℃反应4‑10小时;5)降至20‑50℃,过滤,70‑90℃热水洗涤后烘干,研磨后得粉末状催化剂前体;6)将上述粉末状催化剂前体在还原性气氛中升温活化,得PtM/C合金催化剂。该催化剂可用于燃料电池、石油化工、化学制药、汽车尾气净化等领域。

Description

Pt基多组元过渡金属合金纳米电催化剂及制备和应用
技术领域
本发明涉及一种担载型Pt基多组元过渡金属合金纳米电催化剂制备方法与应用,该催化剂可用于燃料电池、石油化工、化学制药、汽车尾气净化等领域。
背景技术
作为多数化学反应中不可替代的催化剂之一,贵金属铂在诸多领域如燃料电池、石油化工行业发挥着重要的作用。但铂的储量有限、价格昂贵,限制了其大规模应用。以质子交换膜燃料电池的阴极氧还原反应催化剂为例,该反应过程需涉及多个质子、多个电子同步传递迁移,步骤复杂,动力学过程缓慢。贵金属Pt是目前ORR用催化剂首选的活性成分,但面临催化剂用量大、电池成本过高的现状,大规模应用受到限制。有研究表明。通过引入助剂形成二元或三元的合金催化剂可大幅提高催化剂的催化活性,降低Pt用量,提高Pt的利用效率。如PtM合金(M为Co、Ni、Cr、Mn、Fe等过渡金属中一种或两种)催化剂的ORR活性较纯Pt可至少提高1-2个数量级,其活性的提高与PtM合金结构中产生的几何效应和电子效应密切相关。尺寸较小过渡金属的引入会导致Pt晶格收缩,Pt-Pt间距缩短,利于氧气的吸附解离;过渡金属的引入同时会引起Pt金属的d带中心负移,调控Pt表面含氧物种的吸附能,影响ORR活性。
PtM多组元合金催化剂中,由于Pt前体的还原电势(0.7-0.9V)远远高于过渡金属的还原电势(如Co、Ni的还原电位一般在-0.2到0.4V之间)。PtM合金催化剂制备过程中Pt成核及生长速率会远大于过渡金属M,导致所制备的金属纳米催化剂Pt和M组分发生相分离,纳米颗粒内活性组分分布不均,PtM合金化程度低,催化剂反应性能差等。如何获得组分、结构可控的合金结构是Pt基多组元PtM合金催化剂面临的主要技术挑战。现有PtM合金催化剂的制备方法主要包括(1)浸渍还原法:将过渡金属前驱体盐浸渍吸附在预先制备好的Pt/C催化剂上,然后在还原气氛中升温合金化得到PtM催化剂。采用该过程获得的催化剂颗粒大,金属颗粒易高温烧结,而且由于后续浸渍吸附反应的不均匀性,Pt和过渡金属组分M的分布不均匀;其次,该方法在制备较高金属载量的铂合金催化剂(>40wt%)具有一定难度,催化剂纳米颗粒尺寸大(10-20nm),尺寸分布宽,且团聚严重,Pt利用效率低;(2)金属羰基化合物热解法:基于金属羰基化合物热分解反应可以实现Pt和过渡金属M在相近的温度区间内分解得到PtM合金催化剂,该方法制备的催化剂组分均匀、金属纳米颗粒粒径小且尺寸分布窄,但由于反应原料金属羰基化合物的毒性大且多数金属羰基化合物难以获取,使得可制备的催化剂体系大大受限。
针对上述问题,本发明以弱极性的有机小分子多元醇为反应溶剂,首先保证导电碳载体材料在反应体系保持良好的分散状态,通过反应体系pH值的精细调控和合成参数的优化,实现了Pt和过渡金属的氧化物在导电碳载体表面的同步均匀沉积,得到Pt-MOx/C催化剂前体,该催化剂前体中MOx物种可强化Pt与碳载体间的相互作用,使得后续升温还原合金化过程中PtM金属纳米颗粒不发生团聚,组分分布均匀、粒径小且尺寸分布窄;所制备担载型PtM合金催化剂合金化程度高,载量范围为20-90wt%,金属纳米颗粒的粒径约为2-5纳米,均匀分散在碳载体表面,生产能力高达2-10g/L;具有较好的催化活性,有望应用于燃料电池、电化学传感器、石油化工、化学制药、汽车尾气净化等领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种担载型Pt基多组元过渡金属合金纳米电催化剂及制备方法。
本发明以有机小分子多元醇为反应溶剂,首先保证导电碳载体在反应体系良好的分散性;通过反应体系pH值的精细调控和合成参数的优化,实现了Pt和过渡金属氧化物在导电碳载体表面同步均匀沉积,得到Pt-MOx/C催化剂前体,该催化剂前体中MOx物种可强化Pt与碳载体间的相互作用,使得后续升温还原合金化过程中PtM金属纳米颗粒不发生团聚,组分分布均匀、粒径小且尺寸分布窄;所制备担载型PtM合金催化剂合金化程度高,载量范围为20-90wt%,金属纳米颗粒的粒径约为2-5纳米,均匀分散在碳载体表面,生产能力达2-10g/L。
本发明提供了一种担载型Pt基多组元过渡金属合金纳米电催化剂的制备方法,具体步骤如下:
1)将导电碳载体分散在多元醇溶液中,调节溶液的pH值大于等于9;
2)将铂前体和过渡金属前体溶解在同一多元醇溶液中,调节溶液的pH值大于等于9;
3)将铂前体和过渡金属前体的多元醇溶液与导电碳多元醇溶液均匀混合;
4)升温至120-160℃反应4-10小时;
5)降至20-50℃,过滤,70-90℃热水洗涤后烘干,研磨后得粉末状催化剂前体;
6)将上述粉末状催化剂前体在还原性气氛中升温活化,得PtM/C合金催化剂。
本发明提供的所述担载型Pt基多组元过渡金属合金纳米电催化剂的制备方法中,所述多元醇包括乙二醇、丙二醇、丙三醇、丁二醇、异戊二醇中的一种或多种的混合物。
本发明提供的所述担载型Pt基多组元过渡金属合金纳米电催化剂的制备方法中,所述碳载体包括碳黑、碳纳米管、碳纤维,石墨烯、还原的氧化石墨烯、中孔碳中的一种或多种的混合物,载体的比表面积为200~2500m2/g;步骤(3)混合后碳载体在多元醇中的质量浓度为0.5-5g/L。
本发明提供的所述担载型Pt基多组元过渡金属合金纳米电催化剂的制备方法中,所述铂金属前体为氯铂酸、氯铂酸钾或氯铂酸钠、乙酰丙酮铂、二氨基二硝基铂中的一种或多种;步骤(3)混合后铂前体在多元醇中的质量浓度(以纯Pt计)为0.5-4.5g/L;
所述过渡金属为氯化镍、硝酸镍、醋酸镍、乙酰丙酮镍、氯化钴、硝酸钴、醋酸钴、乙酰丙酮钴、氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁、醋酸铁、乙酰丙酮铁、氯化锰、硝酸锰、硝酸铬、硝酸铜、醋酸铜中的一种或几种的混合;步骤(3)混合后过渡金属前体在多元醇中的质量浓度(以过渡金属计)0.05-0.5g/L;
本发明提供的所述担载型Pt基多组元过渡金属合金纳米电催化剂的制备方法中,
步骤(1)中所述导电碳载体多元醇溶液的pH为11-14;
步骤(2)中所述Pt前体和过渡金属多元醇溶液的pH为11-14;
调节pH值所采用碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。
本发明提供的所述担载型Pt基多组元过渡金属合金纳米电催化剂的制备方法中,所述还原性气氛中升温活化的活化温度区间为300-900℃,还原性气氛为氢气,或氢气与氮气、氩气、氦气中一种或二种以上的混合气,氢气体积浓度5-100%。
本发明提供的所述担载型Pt基多组元过渡金属合金纳米电催化剂的制备方法中,步骤(3)混合后导电碳载体、过渡金属前体(过渡金属前体以过渡金属计)和铂前体(铂前体以纯Pt计)的浓度之和为5-10g/L(优选5-8g/L)。
本发明提供的所述担载型Pt基多组元过渡金属合金纳米电催化剂的制备方法中,所制备催化剂中PtM金属与碳的质量比范围为2:8-9:1(优选4:6-6:4),M代表过渡金属,Pt与M摩尔比为4:1至1:1,所制备PtM合金催化剂的晶格常数为3.70-3.90埃,PtM合金金属颗粒的平均粒径为2-5纳米。
与现有报道的担载型铂钯双金属催化剂的制备方法相比,本发明具有以下优点:
a)本发明基于有机小分子多元醇制备担载型Pt基多组元过渡金属合金纳米电催化剂的步骤简单,操作方便、环境友好、耗时短。本发明中通过在碳载体和Pt和过渡金属前体的多元醇溶液中引入碱,首先是保证碳载体表面形成荷负电的成核点以利于后续纳米颗粒沉积,其次,碱性的反应体系可保证Pt前体的还原和过渡金属氧化物的生成同时进行,且可共同沉积在碳载体表面,形成PtMOx/C催化剂前体;PtMOx/C催化剂前体中MOx物种可强化Pt与碳载体间的相互作用使得后续升温还原合金化过程中PtM金属纳米颗粒不发生团聚,组分分布均匀、粒径小且尺寸分布窄;
b)所制备担载型PtM合金催化剂合金化程度高,载量范围为40-90wt%,金属纳米颗粒的粒径约为2-5纳米,均匀分散在碳载体表面,没有散落和团聚;生产能力达2-10g/L;
c)有较好的催化活性,可用于燃料电池、电化学传感器、金属空气电池等领域。
附图说明
图1是本发明对比例1所得PtFe/XC-40wt%-对比样1与Pt/C的XRD谱图。
图2是本发明对比例1所得PtFe/XC-40wt%-对比样1的透射电镜(TEM)照片。
图3是本发明实施例1所得PtFe/XC-40wt%的透射电镜(TEM)照片。
图4是本发明实施例1所得PtFe/XC-40wt%的XRD谱图。
图5是本发明实施例2所得PtCo/XC-72R的透射电镜(TEM)照片。
图6是本发明实施例2所得PtCo/XC-72R的XRD谱图,本发明实施例2所得PtCo/XC-40wt%和Pt/C的XRD谱图对比。
图7是本发明实施例3所得PtCo/EC300J-60wt%的的透射电镜(TEM)照片。
图8是本发明实施例3所得PtCo/EC300J-60wt%和Pt/C的XRD谱图对比。
图9是本发明实施例4所得PtCoNi/EC600J-80wt%的透射电镜(TEM)照片。
图10是本发明实施例4所得PtCoNi/EC600J-80wt%的的XRD谱图,本发明实施例4所得PtCoNi/EC600J-80wt%和Pt/C的XRD谱图对比。
图11是本发明实施例5所得PtCoNiFe/EC300J-40wt%的的透射电镜(TEM)照片。
图12是本发明实施例5所得PtCoNiFe/EC300J-40wt%的XRD谱图,本发明实施例5所得PtCoNiFe/EC-300J和Pt/C的XRD谱图对比。
具体实施方式
以下结合实例对本发明做具体的说明。
对比例1:浸渍还原法制备PtFe/XC(40wt%)
首先将55mg的FeCl3·6H2O(MW=270)溶解在30毫升水溶液中,然后将100mg预先制备好的Pt/XC(40wt%)催化剂分散在上述铁溶液中,超声分散30分钟后,利用NaOH条件溶液的pH至9-11,60℃搅拌反应1小时使Fe离子以氢氧化铁的形式沉积在Pt/C碳载体上;利用旋转蒸发仪将固液分离,得到粉末状的Pt-Fe(OH)x/C催化剂中间体,将该中间体置于还原性气氛中升温至700℃高温还原合金化,得到PtFe/C合金催化剂。所制备催化剂的XRF谱图显示该催化主要包含Pt、Fe和C三种元素;XRD谱图(图1)显示由于Fe的引入,Pt(111)的衍射峰位置有39.7o右移至40.5o,表明该催化剂的晶相主要由Pt-Fe合金相组成,基于XRD衍射半峰宽计算得到PtFe合金催化剂的粒径为20nm,与TEM结果一致,如图2所示,高温合金化导致PTFE纳米颗粒烧结增大,平均粒径及粒径分布为30±10纳米。如此大的催化剂颗粒,导致可暴露的活性面积小,Pt催化剂利用率低。
实施例1:
将60毫克Vulcan XC-72R碳粉分散在10毫升乙二醇中,超声分散均匀后利用NaOH调节溶液的pH至13备用,将10毫升包含有110毫克H2PtCl66H2O铂前体和55毫克FeCl3·6H2O的乙二醇溶液中加入NaOH调节反应体系的pH至14,将两个溶液均匀混合,然后在室温下磁力搅拌反应30分钟后,升温至130℃,恒温反应6个小时。反应完成后,降至室温,利用2升的热去离子水多次抽滤、洗涤;将滤饼放入真空烘箱中60℃干燥10小时,将该样品在5vol%H2-95vol%Ar气氛中500℃恒温1个小时使PtFe还原并形成合金结构,得到PtFe/XC-40wt%合金催化剂,其中Pt和Fe原子比为3:1,PtFe在碳上的总金属质量载量为45wt%;催化剂制备能力为5g/L。图3和图4分别为获得的PtFe/C催化剂的TEM照片和XRD谱图。由图3可以看出,2-4纳米的PtFe金属纳米颗粒均匀分散在XC-72R碳载体表面,没有明显的颗粒聚集和散落现象;基于XRD谱图中Pt(111)的衍射峰的位置和宽度可知所制备PtFe/C催化剂的晶格常数为3.850埃,平均粒径约为3.5纳米,粒径分布为3.5±1纳米。
将所得到的催化剂采用旋转圆盘电极进行电化学活性评价,具体步骤如下:准确称量5mg左右所制的PtFe/XC催化剂,与30微升Nafion(5wt%)溶液与5毫升乙醇混合,超声得到均匀分散的催化剂浆液,然后移取10微升催化剂浆液涂覆在面积为0.19625平方厘米的的玻碳旋转圆盘电极上,烘干即得到工作电极。催化剂电化学活性面积的测试方法为在通有高纯氮气的0.1摩尔每升的高氯酸水溶液中记录催化剂的循环伏安(CV)曲线,具体做法为以50mV/s的扫速从0伏扫描到1.2伏。通过CV曲线上氢吸附-脱附峰区的电量积分面积可以计算出对应的电化学活性面积(ECSA)。氧还原活性的测试方法为在通氧气饱和的0.1M高氯酸水溶液中以10mV/s的扫速从0伏扫描到1伏得到氧还原曲线。计算所得的PtFe/C催化剂的ECSA和0.9伏(vs.RHE)的电极电势下的氧还原反应的比质量活性分别为55m2/g和400mA/mgPt,明显优于商品Pt/C样品(45m2/g和150mA/mgPt)和对比例制备的样品。
实施例2:
将60毫克Vulcan XC-72R碳粉分散在10毫升乙二醇中,超声分散均匀后利用NaOH调节溶液的pH至14备用,将10毫升包含有110毫克H2PtCl66H2O铂前体和100毫克CoCl3·6H2O的乙二醇溶液中加入NaOH调节反应体系的pH至14,将两个溶液均匀混合,然后在室温下磁力搅拌反应30分钟后,升温至150℃,恒温反应6个小时。反应完成后,降至室温,利用2升的热去离子水多次抽滤、洗涤;将滤饼放入真空烘箱中60℃干燥10小时,将该样品在5vol%H2-95vol%Ar气氛中700℃恒温1个小时使PtCo还原并形成合金结构,得到PtCo/XC合金催化剂,其中Pt和Co原子比为3:1,PtCo在碳上的总金属质量载量为40wt%;催化剂制备能力为5g/L。图5和图6分别为获得的PtCo/C催化剂的TEM照片和XRD谱图。由图3可以看出,所制备PtCo/C催化剂中PtCo金属纳米颗粒的平均粒径为3nm,粒径分布为3nm±0.7nm,催化剂颗粒均匀分散在XC-72R碳载体表面,没有明显的颗粒聚集和散落现象;基于XRD谱图中Pt(111)的衍射峰的位置和宽度可知所制备PtCo/C催化剂的晶格常数为3.855埃,晶粒尺寸约为3.2纳米。计算所得的PtCo/C催化剂的ECSA和0.9伏(vs.RHE)的电极电势下的氧还原反应的比质量活性分别为50m2/g和450mA/mgPt,明显优于商品Pt/C样品(45m2/g和150mA/mgPt)和对比例制备的样品。
实施例3:
将100毫克EC-300J碳粉分散在15毫升乙二醇中,超声分散均匀后利用NaOH调节溶液的pH至13备用,将15毫升包含有405毫克H2PtCl6 6H2O铂前体和300毫克CoCl3·6H2O的乙二醇溶液中加入NaOH调节反应体系的pH至14,将两个溶液均匀混合,然后在室温下磁力搅拌反应30分钟后,升温至160℃,恒温反应10个小时。反应完成后,降至室温,利用2升的热去离子水多次抽滤、洗涤;将滤饼放入真空烘箱中60℃干燥10小时,将该样品在10vol%H2-95vol%Ar气氛中500℃恒温1小时使PtCo还原并形成合金结构,得到PtCo/EC-300J合金催化剂,其中Pt和Co原子比为1:1,PtCo在碳上的总金属质量载量为60wt%;催化剂制备能力为10g/L。图7和图8分别为获得的PtCo/C催化剂的TEM照片和XRD谱图。由图5可以看出,所制备PtCo/EC-300J催化剂中PtCo金属纳米颗粒的平均粒径为2.6nm,粒径分布为2.6nm±0.7nm,催化剂颗粒均匀分散在EC-300J碳载体表面,没有明显的颗粒聚集和散落现象;基于XRD谱图中Pt(111)的衍射峰的位置和宽度可知所制备PtCo/C催化剂的晶格常数为3.855埃,晶粒尺寸约为2.2纳米。计算所得的PtCo/C催化剂的ECSA和0.9伏(vs.RHE)的电极电势下的氧还原反应的比质量活性分别为50m2/g和500mA/mgPt,明显优于商品Pt/C样品(45m2/g和150mA/mgPt)和对比例制备的样品。
实施例4:
将50毫克EC-600J碳粉分散在15毫升乙二醇中,超声分散均匀后利用NaOH调节溶液的pH至13备用,将15毫升包含有405毫克H2PtCl6 6H2O铂前体和150毫克CoCl3·6H2O和150毫克NiCl2·6H2O的乙二醇溶液中加入NaOH调节反应体系的pH至14,将两个溶液均匀混合,然后在室温下磁力搅拌反应30分钟后,升温至160℃,恒温反应8个小时。反应完成后,降至室温,利用2升的热去离子水多次抽滤、洗涤;将滤饼放入真空烘箱中60℃干燥10小时,将该样品在25vol%H2-95vol%Ar气氛中800℃恒温1个小时使PtCoNi还原并形成合金结构,得到PtNiCo/EC-600J合金催化剂,其中Pt、Co和Ni的原子比为3:1:1,PtCoNi在碳上的总金属质量载量为80wt%;催化剂制备能力为10g/L。图9和图10分别为获得的PtCoNi/C催化剂的TEM照片和XRD谱图。由图7可以看出,所制备PtCoNi/C催化剂中PtCoNi金属纳米颗粒的平均粒径为2.3nm,粒径分布为2.6nm±0.5nm,PtCoNi金属纳米颗粒均匀分散在EC-600J碳载体表面,没有明显的颗粒聚集和散落现象;基于XRD谱图中Pt(111)的衍射峰的位置和宽度可知所制备PtCoNi/C催化剂的晶格常数为3.86埃,晶粒尺寸约为2.2纳米。计算所得的PtCoNi/C催化剂的ECSA和0.9伏(vs.RHE)的电极电势下的氧还原反应的比质量活性分别为50m2/g和600mA/mgPt,明显优于商品Pt/C样品(45m2/g和150mA/mgPt)和对比例制备的样品。
实施例5:
将100毫克EC-300J碳粉分散在15毫升乙二醇中,超声分散均匀后利用NaOH调节溶液的pH至11备用,将15毫升包含有180毫克H2PtCl6 6H2O铂前体和100毫克CoCl3·6H2O、100毫克FeCl3·6H2O和100毫克NiCl2·6H2O的乙二醇溶液中加入NaOH调节反应体系的pH至11,将两个溶液均匀混合,然后在室温下磁力搅拌反应30分钟后,升温至140℃,恒温反应9个小时。反应完成后,降至室温,利用2升的热去离子水多次抽滤、洗涤;将滤饼放入真空烘箱中60℃干燥10小时,将该样品在5vol%H2-95vol%Ar气氛中500℃恒温1个小时使PtCoNiFe还原并形成合金结构,得到PtCoNiFe/EC-300J合金催化剂,其中Pt、Co、Ni、Fe原子比为1:1:1:1,PtCoNiFe在碳上的总金属质量载量为40wt%;催化剂制备能力为5g/L。图11和图12为PtCoNiFe/C催化剂的TEM照片和XRD谱图。由图11可以看出,所制备PtCoNiFe/C催化剂中PtCoNiFe金属纳米颗粒的平均粒径为2.6nm,粒径分布为2.6nm±0.5nm,PtCoNiFe金属纳米颗粒均匀分散在EC-300J碳载体表面,没有明显的颗粒聚集和散落现象;基于XRD谱图中Pt(111)的衍射峰的位置和宽度可知所制备PtCoNiFe/C催化剂的晶格常数为3.845埃,晶粒尺寸约为2.1纳米。计算所得的PtCoNiFe/C催化剂的ECSA和0.9伏(vs.RHE)的电极电势下的氧还原反应的比质量活性分别为50m2/g和500mA/mgPt,明显优于商品Pt/C样品(45m2/g和150mA/mgPt)和对比例制备的样品。

Claims (10)

1.Pt基多组元过渡金属合金纳米电催化剂的制备方法,具体步骤如下:
1)将导电碳载体分散在多元醇溶液中,调节溶液的pH值大于等于9;
2)将铂前体和过渡金属前体溶解在上述步骤同一多元醇溶液中,调节溶液的pH值大于等于9;
3)将铂前体和过渡金属前体的多元醇溶液与导电碳多元醇溶液均匀混合;
4)升温至120-160℃反应4-10小时;
5)降至20-50℃,过滤,70-90℃热水洗涤后烘干,研磨后得粉末状催化剂前体;
6)将上述粉末状催化剂前体在还原性气氛中升温活化,得PtM/C合金催化剂。
2.按照权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述多元醇包括乙二醇、丙二醇、丙三醇、丁二醇、异戊二醇中的一种或多种的混合物。
3.按照权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述碳载体包括碳黑、碳纳米管、碳纤维,石墨烯、还原的氧化石墨烯、中孔碳中的一种或多种的混合物,载体的比表面积为200~2500m2/g;步骤(3)混合后碳载体在多元醇中的质量浓度为0.5-5g/L。
4.按照权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述铂金属前体为氯铂酸、氯铂酸钾或氯铂酸钠、乙酰丙酮铂、二氨基二硝基铂中的一种或多种;步骤(3)混合后铂前体在多元醇中的质量浓度(以纯Pt计)为0.5-4.5g/L;
所述过渡金属为氯化镍、硝酸镍、醋酸镍、乙酰丙酮镍、氯化钴、硝酸钴、醋酸钴、乙酰丙酮钴、氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁、醋酸铁、乙酰丙酮铁、氯化锰、硝酸锰、硝酸铬、硝酸铜、醋酸铜中的一种或几种的混合;步骤(3)混合后过渡金属前体在多元醇中的质量浓度(以过渡金属计)0.05-0.5g/L。
5.按照权利要求1所述的制备方法,其特征在于:
步骤(1)中所述导电碳载体多元醇溶液的pH为11-14;
步骤(2)中所述Pt前体和过渡金属多元醇溶液的pH为11-14;
调节pH值所采用碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。
6.按照权利要求1所述高金属载量铂碳催化剂的制备方法,其特征在于:所述还原性气氛中升温活化的活化温度区间为300-900℃,还原性气氛为氢气,或氢气与氮气、氩气、氦气中一种或二种以上的混合气,氢气体积浓度5-100%。
7.按照权利要求1、4-5任一所述高金属载量铂碳催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(3)混合后导电碳载体、过渡金属前体(过渡金属前体以过渡金属计)和铂前体(铂前体以纯Pt计)的浓度之和为5-10g/L(优选5-8g/L)。
8.按照权利要求1所述的制备方法,其特征在于:
所制备催化剂中PtM金属与碳的质量比范围为2:8-9:1(优选4:6-6:4),M代表过渡金属,Pt与M摩尔比为4:1至1:1,所制备PtM合金催化剂的晶格常数为3.70-3.90埃,PtM合金金属颗粒的平均粒径为2-5纳米。
9.一种权利要求1-8任一所述制备方法制备获得的催化剂。
10.一种权利要求9所述催化剂在燃料电池中的应用。
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