CN113555566A - 铂碳催化剂及其制备方法 - Google Patents
铂碳催化剂及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113555566A CN113555566A CN202110810903.6A CN202110810903A CN113555566A CN 113555566 A CN113555566 A CN 113555566A CN 202110810903 A CN202110810903 A CN 202110810903A CN 113555566 A CN113555566 A CN 113555566A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- platinum
- carbon
- carbon catalyst
- ball milling
- preparing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 51
- DSVGQVZAZSZEEX-UHFFFAOYSA-N [C].[Pt] Chemical compound [C].[Pt] DSVGQVZAZSZEEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 39
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 73
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 34
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000013110 organic ligand Substances 0.000 claims abstract description 10
- 150000003057 platinum Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 3
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 8
- KLFRPGNCEJNEKU-FDGPNNRMSA-L (z)-4-oxopent-2-en-2-olate;platinum(2+) Chemical compound [Pt+2].C\C([O-])=C\C(C)=O.C\C([O-])=C\C(C)=O KLFRPGNCEJNEKU-FDGPNNRMSA-L 0.000 claims description 5
- YGBYJRVGNBVTCQ-UHFFFAOYSA-N C[Pt](C)C.[CH]1C=CC=C1 Chemical compound C[Pt](C)C.[CH]1C=CC=C1 YGBYJRVGNBVTCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M (z)-4-oxopent-2-en-2-olate Chemical compound C\C([O-])=C\C(C)=O POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M 0.000 claims description 3
- DODHYCGLWKOXCD-UHFFFAOYSA-N C[Pt](C1(C=CC=C1)C)(C)C Chemical compound C[Pt](C1(C=CC=C1)C)(C)C DODHYCGLWKOXCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 claims description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010431 corundum Substances 0.000 claims description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 2
- FALJXSPLMPMHEL-UHFFFAOYSA-N C[Pt](C)C Chemical compound C[Pt](C)C FALJXSPLMPMHEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 14
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 abstract description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 abstract description 3
- 229920000831 ionic polymer Polymers 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 abstract description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- 125000003903 2-propenyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])=C([H])[H] 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N Pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CUJRVFIICFDLGR-UHFFFAOYSA-N acetylacetonate Chemical compound CC(=O)[CH-]C(C)=O CUJRVFIICFDLGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- MBUJACWWYFPMDK-UHFFFAOYSA-N pentane-2,4-dione;platinum Chemical compound [Pt].CC(=O)CC(C)=O MBUJACWWYFPMDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 2
- VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N tetrachloromethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QTPRHHWVQXPQOP-UHFFFAOYSA-N C1(C=CC=C1)[Pt] Chemical compound C1(C=CC=C1)[Pt] QTPRHHWVQXPQOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001260 Pt alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000004917 polyol method Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/921—Alloys or mixtures with metallic elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
- H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
一种铂碳催化剂及其制备方法,属于燃料电池制造技术领域。该铂碳催化剂的制备方法包括以下步骤：S1，将有机配体铂盐前驱体和碳载体置于球磨机中通过球磨的方式分散均匀，制备得到前驱体混合物A；S2，对前驱体混合物A进行热处理，使得前驱体混合物A中有机配体铂盐前驱体以气相或液相的状态热解成铂纳米颗粒，并沉积负载到碳载体上，得到铂碳催化剂。本发明得到的Pt纳米颗粒在碳载体上均匀分散，同时Pt纳米颗粒表面有碳层包覆，不仅可以防止Pt纳米颗粒团聚现象的发生、提高其稳定性，同时可以避免离子聚合物对Pt纳米颗粒活性位点的毒化作用，显著提高了铂碳催化剂的催化活性。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种燃料电池制造领域的技术，具体是一种铂碳催化剂及其制备方法。
背景技术
燃料电池是把燃料中的化学能通过电化学反应，直接转换为电能的高效、清洁的发电装置，其能有效缓解能源危机和环境污染。常用的燃料电池按其电解质不同，可以分为质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、磷酸燃料电池（PAFC）和碱性燃料电池（AFC）、甲醇重整燃料电池（DMFC）等。其中的质子交换膜燃料电池操作温度低、启动速度快，是一种环保、高效与高功率密度的发电方式，广泛适用于交通、备电和移动领域等领域。
质子交换膜燃料电池目前主要采用贵金属Pt作为催化剂，类型包括铂碳催化剂、Pt合金催化剂、核-壳催化剂、纳米框架催化剂、单原子催化剂等。其中铂碳催化剂是目前使用最广泛的催化剂，同时也是制备技术最成熟的催化剂。在过去十年，商用质子交换膜燃料电池产品严重依赖铂碳催化剂，因担载型催化剂可实现更小的Pt纳米颗粒，其比无载体的Pt具有显著优势。
目前合成铂碳催化剂主要采用多元醇法、微波加热法、浸渍还原法、硼氢化钠还原法等液相合成方法。这些液相合成方法一般都需要经过分散、浸渍、还原、洗涤和干燥等步骤，过程繁琐，处理耗时。同时为了控制铂纳米颗粒的形貌和粒径，通常会使用大量的有机溶剂和表面活性剂，成本高且易引起环境问题，同时表面活性剂在后续的步骤中也很难以完全去除，会影响到催化剂的活性。从节能、环保、成本等角度考虑，上述方法不易于进行工业大规模生产。为了解决现有技术存在的上述问题，本发明由此而来。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种铂碳催化剂及其制备方法，能够省去液相合成法中的浸渍、分离和干燥等过程，不需要或只需要少量溶剂、合成步骤简单，不易产生环境问题，适合大批量生产。
本发明一方面提供一种铂碳催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1，将有机配体铂盐前驱体和碳载体置于球磨机中通过球磨的方式分散均匀，制备得到前驱体混合物A；
S2，对前驱体混合物A进行热处理，使得前驱体混合物A中有机配体铂盐前驱体以气相或液相的状态热解成铂纳米颗粒，并沉积负载到碳载体上，得到铂碳催化剂。
有机配体铂盐前驱体为有机配体铂盐；优选地，包括但不限于以下的一种或几种：六氟乙酰丙酮铂Pt(hfac)2、烯丙基铂Pt(allyl)2、乙酰丙酮铂Pt(acac)2、三甲基环戊二烯基铂(Cp)PtMe3、三甲基（甲基环戊二烯基）铂(MeCp)PtMe3、三甲基乙酰丙酮铂(acac)PtMe3、烯丙基环戊二烯基铂(Cp)Pt(allyl)2。
碳载体包括但不限于以下的一种或几种：导电炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、石墨、多孔碳。
步骤S1中，球磨可以是干法球磨也可以是湿法球磨，但是均需要添加球磨介质；优选地，球磨时间为2-1000min，转速为20-1200rpm。
球磨介质包括但不限于以下的一种或几种：不锈钢、刚玉、尼龙、玛瑙、聚四氟乙烯、聚氨酯、氧化锆；优选地，球磨机中球磨介质的体积是前驱体混合物A体积的1%-500%。
对于干法球磨，可以直接进行球磨分散，无需添加溶剂；
对于湿法球磨，在球磨的过程中加入有机溶剂；有机溶剂包括但不限于以下的一种或几种：乙醇、丙酮、四氯化碳、氯仿、乙腈、二甲基亚砜、乙酰丙酮、戊烷、环己烷、正己烷、四氢呋喃等有机溶剂。
球磨机的类型包括但不限于行星球磨机、滚筒球磨机、搅拌球磨机、振动球磨机。
步骤S2中，热处理为在50-1200℃条件下，保温2-900min。
热处理可以在真空条件、氧化性气氛、惰性气氛或还原性气氛中进行。对于真空条件，控制绝对压力值不超过101.325kPa；对于氧化性氛围，可以是氧气或空气；对于惰性气氛，可以是氮气、氩气等；对于还原性氛围，可以是氢气、氮氢混合气、氩氢混合气、一氧化碳、一氧化碳与氮气的混合气、一氧化碳与氩气的混合气、氢气和一氧化碳的混合气等。
本发明另一方面提供一种铂碳催化剂，采用上述方法制成；铂碳催化剂中铂含量为10wt%-80wt%。
技术效果
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
由于有机配体铂盐前驱体在高温下先是以气相或液相的形式均匀分散在碳载体上，然后热解成铂纳米颗粒，并沉积负载到碳载体上，因此铂纳米颗粒在碳载体上具有优异的分散度，无团聚现象产生，粒径分布均匀，大大提高了铂的利用率。
本发明得到的铂纳米颗粒表面包覆有碳层，不仅可以防止铂纳米颗粒团聚现象的发生、提高其稳定性，同时可以防止离子聚合物和铂纳米颗粒的直接接触，避免了离子聚合物对铂活性位点的毒化作用，显著提高了铂碳催化剂的催化活性。
发明制备过程中球磨和热解两个步骤均不需要使用表面活性剂，省去了去除表面活性剂的洗涤过程，避免在洗涤过程中产生大量废液，以及残留的表面活性剂对催化剂活性的影响。
附图说明
图1为实施例1制得的铂碳催化剂的TEM照片；
图2为测试基于实施例1中铂碳催化剂制得的电极得到的循环伏安曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件进行。
实施例1
本实施例的制备过程如下：
分别称取100mg导电炭黑（型号EC 300J）和312mg六氟乙酰丙酮铂加入到50ml的氧化锆球磨罐中，然后加入10个直径10mm的氧化锆球，在球磨机中以400rpm的转速球磨600min，制得前驱体混合物A；
然后将前驱体混合物A置于管式炉中，通5%的Ar/H2混合气，流量200sccm，然后以5℃/min的升温速率升温至550℃，热处理360min，最终制得铂碳催化剂，其TEM照片如图1所示，可以发现纳米Pt颗粒均匀地负载在碳载体上。
在圆盘旋转电极三电极体系下，对基于上述铂碳催化剂的工作电极进行性能测试，得到图2所示循环伏安曲线图，计算得到电化学比表面积为88m2/g，可以发现该工作电极具有良好的电化学性能。
实施例2
本实施例的制备过程如下：
分别称取100mg导电炭黑（型号EC 600J）和312mg六氟乙酰丙酮铂加入到50ml的氧化锆球磨罐中，然后加入20个直径10mm的氧化锆球，在球磨机中以600rpm的转速球磨300min，制得前驱体混合物A；
然后将前驱体混合物A置于管式炉中，通氮气，流量120sccm，然后以10℃/min的升温速率升温至450℃，热处理600min，最终制得铂碳催化剂。
实施例3
本实施例的制备过程如下：
分别称取100mg导电炭黑（型号EC 300J）和201.6mg乙酰丙酮铂加入到50ml的玛瑙球磨罐中，然后加入40个直径5mm的玛瑙球，在球磨机中以500rpm的转速球磨120min，制得前驱体混合物A；
然后将前驱体混合物A置于管式炉中，通氧气，流量120sccm，然后以2℃/min的升温速率升温至750℃，热处理120min，最终制得铂碳催化剂。
实施例4
本实施例的制备过程如下：
分别称取100mg导电炭黑（型号EC 300J）和150mg烯丙基铂加入到50ml的氧化锆球磨罐中，然后加入8个直径12mm的氧化锆球，在球磨机中以600rpm的转速球磨100min，制得前驱体混合物A；
然后将前驱体混合物A置于管式炉中，通5%Ar/CO混合气，流量120sccm，然后以5℃/min的升温速率升温至800℃，热处理180min，最终制得铂碳催化剂。
实施例5
本实施例的制备过程如下：
分别称取100mg导电炭黑（型号XC-72）和250mg三甲基(甲基环戊二烯基)铂加入到50ml的不锈钢球磨罐中，然后加入20个直径8mm的不锈钢球，在球磨机中以600rpm的转速球磨60min，制得前驱体混合物A；
然后将前驱体混合物A置于管式炉中，室温下通氮气30min，流量100sccm，然后关闭管式炉的进气口和出气口，以5℃/min的升温速率升温至350℃，热处理1200min，最终制得铂碳催化剂。
实施例6
本实施例的制备过程如下：
分别称取100mg导电炭黑（型号EC 600J）和201.6mg乙酰丙酮铂加入到50ml的氧化锆球磨罐中，加入2ml二甲基亚砜，然后加入8个直径10mm的氧化锆球，在球磨机中以300rpm的转速球磨300min，制得前驱体混合物A；
然后将前驱体混合物A置于管式炉中，抽真空至绝对压力值为0.1Pa，然后以5℃/min的升温速率升温至1200℃，真空下热处理180min，最终制得铂碳催化剂。
实施例7
本实施例的制备过程如下：
分别称取100mg导电炭黑（型号XC-72）和201.6mg乙酰丙酮铂加入到50ml的氧化锆球磨罐中，加入5ml丙酮，然后加入8个直径10mm的氧化锆球，在球磨机中以500rpm的转速球磨30min，制得前驱体混合物A；
然后将前驱体混合物A置于管式炉中，通5%的Ar/H2混合气，流量100sccm，然后以5℃/min的升温速率升温至600℃，热处理720min，最终制得铂碳催化剂。
将实施例1-7制得的铂碳催化剂用于电极的制作，另设置对比例1，对比例1采用TKK公司 50wt%Pt/C商品样制作电极；在圆盘旋转电极三电极体系下，对上述电极进行电化学测试，结果如表1所示。
表1电化学测试结果表
| 催化剂样品 | 电化学比表面积，m<sup>2</sup>/g | 质量比活性，（A/g）@0.9V |
| 实施例1 | 95 | 428 |
| 实施例2 | 90 | 403 |
| 实施例3 | 98 | 430 |
| 实施例4 | 105 | 463 |
| 实施例5 | 87 | 406 |
| 实施例6 | 93 | 421 |
| 实施例7 | 102 | 459 |
| 对比例1 | 80 | 322 |
可以发现实施例1-7相对于对比例1，质量比活性和电化学比表面积具有明显的提高，表现出了优异的电化学性能。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种铂碳催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将有机配体铂盐前驱体和碳载体置于球磨机中通过球磨的方式分散均匀，制备得到前驱体混合物A；
S2，对前驱体混合物A进行热处理，使得前驱体混合物A中有机配体铂盐前驱体以气相或液相的状态热解成铂纳米颗粒，并沉积负载到碳载体上，得到铂碳催化剂。
2.根据权利要求1所述铂碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述有机配体铂盐前驱体选自六氟乙酰丙酮铂、烯丙基铂、乙酰丙酮铂、三甲基环戊二烯基铂、三甲基（甲基环戊二烯基）铂、三甲基乙酰丙酮铂、烯丙基环戊二烯基铂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述铂碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳载体包括导电炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、石墨、多孔碳中至少一种。
4.根据权利要求1所述铂碳催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，球磨为干法球磨或湿法球磨，球磨过程中添加球磨介质。
5.根据权利要求4所述铂碳催化剂的制备方法，其特征在于，球磨转速为20-1200rpm。
6.根据权利要求4所述铂碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述球磨介质包括不锈钢、刚玉、尼龙、玛瑙、聚四氟乙烯、聚氨酯、氧化锆中至少一种。
7.根据权利要求4所述铂碳催化剂的制备方法，其特征在于，球磨机中球磨介质的体积是前驱体混合物A体积的1%-500%。
8.根据权利要求1所述铂碳催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，热处理为50-1200℃条件下，保温2-900min。
9.根据权利要求1所述铂碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述热处理在真空条件、氧化性气氛或还原性气氛中进行；对于真空条件，控制绝对压力值不超过101.325kPa。
10.一种铂碳催化剂，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述制备方法制成，所述铂碳催化剂中铂含量为10wt%-80wt%。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110810903.6A CN113555566A (zh) | 2021-07-19 | 2021-07-19 | 铂碳催化剂及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110810903.6A CN113555566A (zh) | 2021-07-19 | 2021-07-19 | 铂碳催化剂及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113555566A true CN113555566A (zh) | 2021-10-26 |
Family
ID=78103336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110810903.6A Pending CN113555566A (zh) | 2021-07-19 | 2021-07-19 | 铂碳催化剂及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113555566A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023075704A3 (en) * | 2021-10-29 | 2023-08-17 | Nanyang Technological University | Catalysts |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112823880A (zh) * | 2019-11-21 | 2021-05-21 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种高金属载量的催化剂及其制备和应用 |
| CN113097508A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-07-09 | 国家电投集团氢能科技发展有限公司 | 一种贵金属负载型电催化剂及其制备方法和应用 |
-
2021
- 2021-07-19 CN CN202110810903.6A patent/CN113555566A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112823880A (zh) * | 2019-11-21 | 2021-05-21 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种高金属载量的催化剂及其制备和应用 |
| CN113097508A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-07-09 | 国家电投集团氢能科技发展有限公司 | 一种贵金属负载型电催化剂及其制备方法和应用 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023075704A3 (en) * | 2021-10-29 | 2023-08-17 | Nanyang Technological University | Catalysts |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108899558B (zh) | 一种PtCo/C电催化剂及其制备方法 | |
| CN112823880B (zh) | 一种高金属载量的催化剂及其制备和应用 | |
| Lefebvre et al. | Electronically conducting proton exchange polymers as catalyst supports for proton exchange membrane fuel cells. Electrocatalysis of oxygen reduction, hydrogen oxidation, and methanol oxidation | |
| CN111092235B (zh) | 一种铂钴合金催化剂及其制备方法 | |
| CN112201798B (zh) | 金属催化剂及其大批量制备方法和燃料电池 | |
| CN109935841A (zh) | 一种燃料电池催化层及其制备方法 | |
| CN107146891A (zh) | 一种贵金属催化剂颗粒呈梯度分布的mea制备方法 | |
| CN113555566A (zh) | 铂碳催化剂及其制备方法 | |
| CN114373941B (zh) | 一种改性抗反极催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN102029151A (zh) | 制备Pt/C催化剂的调变多元醇法 | |
| CN102916201A (zh) | 一种炭载钯纳米催化剂及其制备方法 | |
| Xie et al. | Study on durability of proton exchange membrane fuel cell stack based on mesoporous carbon supported platinum catalysts under dynamic cycles conditions | |
| CN114210532B (zh) | 一种燃料电池膜电极ccm连续化涂布工艺 | |
| CN108682874B (zh) | 一种高效稳定Pt/GC催化剂的制备方法 | |
| Liu et al. | One simple design to improve the mass transfer of low Pt-loaded membrane electrode assembly to realize operation under low humidity | |
| CN108232211A (zh) | 一种自掺杂富勒烯固定钯纳米电催化剂及制备方法和用途 | |
| CN109841849B (zh) | 一种碱性阴离子交换膜燃料电池氢氧化IrNi@PdIr/C核壳催化剂及应用 | |
| CN107634232B (zh) | 憎水性质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法 | |
| CN114628694A (zh) | 一种膜电极的制备方法及其应用 | |
| CN110783574A (zh) | 一种直接醇类燃料电池气体扩散电极及其制备方法和直接醇类燃料电池 | |
| CN114512682A (zh) | 一种碳载铂催化剂、燃料电池膜电极及其制备方法 | |
| CN117154118B (zh) | 负载在聚合物修饰碳载体上的铂基催化剂制备方法 | |
| CN114447352B (zh) | PtRu/C催化剂及其制备方法 | |
| CN117638117A (zh) | 一种小尺寸、碳包覆的铂基合金催化剂的制备方法 | |
| CN117239150A (zh) | 一种碳包裹合金催化剂及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |