CN114400337A - 含氮碳负载铂合金催化剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铂氮碳催化剂的制备方法，将含铂的前驱体化合物、过渡金属、尿素或三聚氰胺和碳载体混合均匀形成混合物，往混合物中加入去离子水，在加热条件下搅拌2～5小时水解得到混合溶液，加热温度控制为85～100℃，搅拌速度控制为1200～1600转/分，将混合溶液抽滤干燥后研磨得到粉末物质；将粉末物质置于氢气环境下热处理得到铂氮碳催化剂。本发明方法的工艺简单可行，尿素在水解过程中稳定性较好，便于控制，使得制备得到的铂氮碳催化剂的性能更为稳定。

Description

含氮碳负载铂合金催化剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种燃料电池用催化剂的制备方法，特别涉及一种含氮碳负载铂合金催化剂的制备方法。

背景技术

目前质子交换膜燃料电池都需要使用催化剂材料，如铂催化剂、碳负载铂催化剂、碳负载铂合金催化剂等，而如何制备性能稳定的铂催化剂、碳负载铂催化剂、碳负载铂合金催化剂等，则成为当前的一个研究课题。专利名称为“一种基于介观结构的高性能低铂燃料电池催化剂及其制法”(专利公布号为CN 108808022 A)中，先采用作为氮源的含氮有机物与处理得到的负载过渡金属氧化物的碳载体等经搅拌——过滤——干燥——研磨——加热制得氮掺杂碳壳包覆的负载催化剂载体，接着将氮掺杂碳壳包覆的负载催化剂载体与多巴胺溶液混合、过滤、干燥得到固体粉末，最后往固体粉末中加入铂前驱体的水溶液经搅拌——干燥——还原性气氛下加热得到包含双异质结结构的介观结构Pt/CN/M催化剂，该专利可制备得到性能稳定的被负载的铂催化剂，其工艺路线为先用含氮化合物处理并制备用于负载的载体，之后再于载体上负载催化剂铂，其工艺较路线较长、复杂，催化剂性能方面的改善作用有限，且尚不能表明可改善碳负载铂合金催化剂的性能。

发明内容

本发明旨在提供一种含氮碳负载铂合金催化剂的制备方法，其工艺简单过程稳定，便于控制，制备得到的含氮碳负载铂合金催化剂的性能稳定。

本发明通过以下方案实现：

一种含氮碳负载铂合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将含铂的前驱体化合物、含过渡金属的前驱体化合物、含氮化合物和碳载体混合均匀形成混合物，加入去离子水，保持含铂前驱体的浓度为0.01～0.1mol/L；在加热条件下搅拌2～5小时水解得到混合溶液，加热温度控制为85～100℃，搅拌速度控制为1200～1600转/分，将混合溶液抽滤干燥后研磨得到粉末物质；所述含过渡金属的前驱体化合物选自铁、钴、镍或铜的氯化物、硫酸盐或乙酸盐中的一种或多种；所述含铂的前驱体化合物、含过渡金属的前驱体化合物中的铂与过渡金属的摩尔比为1:(0.1～1)；所述含氮化合物选自尿素或三聚氰胺；碳载体选自碳粉、碳纳米管、乙炔黑中的一种或多种；

(2)将步骤(1)得到的粉末物质置于氢气环境下热处理得到铂氮碳催化剂。

进一步地，所述步骤(1)中，如果含氮化合物采用尿素，则含铂的前驱体化合物与尿素的质量比是1:(20～100)；如果含氮化合物采用三聚氰胺，含铂的前驱体化合物与三聚氰胺的质量比是1:(5～40)。

进一步地，所述步骤(1)中，含铂的前驱体化合物中所占铂元素与碳载体的质量比为(1～3):5。

进一步地，所述步骤(2)中，热处理温度控制为200～400℃，热处理时间控制为4～8小时。

本发明的一种含氮碳负载铂合金催化剂的制备方法，由于采用尿素或三聚氰胺这种含氮化合物，且与含铂的前驱体化合物、含过渡金属的前驱体化合物和碳载体混合，含氮化合物在过程中均匀缓慢水解，可得到分布高度均匀的负载于碳载体上的铂前驱体和含过渡金属的前驱体，而在后续的高温还原过程中分解出氨气和二氧化碳，可在在铂和过渡金属还原的同时氮化碳载体，从而制得分布均匀的含氮碳负载铂合金催化剂，也使得制备得到的含氮碳负载铂合金催化剂的性能更为稳定。本发明也较现有的先对碳催化剂作氮化处理再负载并还原铂的工艺相较，明显工艺路线缩短，过程更简单。

附图说明

图1实施例1步骤(1)的粉末物质透射电镜图

图2不采用尿素的对比样的透射电镜图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。

实施例1

一种含氮碳负载铂镍合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氯铂酸、硫酸镍、尿素和碳粉混合均匀形成混合物，各物质用量，按下述比例：氯铂酸、硫酸镍中的铂与镍的摩尔比为1:0.5；氯铂酸与尿素的质量比为1:20，氯铂酸中所占铂元素与碳粉的质量比为2:5；向混合物中加入去离子水，氯铂酸的浓度控制为0.06mol/L，在加热条件下搅拌4小时水解得到混合溶液，加热温度控制为85℃，搅拌速度控制为1600转/分，将混合溶液抽滤干燥后研磨得到粉末物质；

(2)将步骤(1)得到的粉末物质置于氢气且温度为400℃的环境下热处理4小时得到铂氮碳催化剂。

将步骤(1)得到的粉末物质在透射电镜上观测，结果如图1所示；作为对比样，将不混合尿素其余条件与步骤(1)条件相当而制备的负载于碳载体上的铂前驱体化合物粉体也在透射电镜上观测，结果如图2所示。从图1和图2的对比可发现，本实施例的负载于碳粉上的氯铂酸和硫酸镍均匀分布程度明显较对比样高。

实施例2

一种含氮碳负载铂钴合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氯铂酸钾、乙酸钴、三聚氰胺和碳纳米管混合均匀形成混合物，各物质用量，按下述比例：氯铂酸、乙酸钴中的铂与钴的摩尔比为1:0.1；氯铂酸与三聚氰胺的质量比为1:5，氯铂酸中所占铂元素与碳粉的质量比为3:5；向混合物中加入去离子水，使得氯铂酸钾的浓度控制为0.1mol/L，在加热条件下搅拌2小时水解得到混合溶液，加热温度控制为100℃，搅拌速度控制为1200转/分，将混合溶液抽滤干燥后研磨得到粉末物质；

(2)将步骤(1)得到的粉末物质置于氢气且温度为300℃的环境下热处理6小时得到含氮碳负载铂钴合金。

实施例3

一种含氮碳负载铂铜合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氯亚铂酸钠、氯化铜、三聚氰胺和碳粉混合均匀形成混合物，各物质用量，按下述比例：氯亚铂酸钠、氯化铜中的铂与铜的摩尔比为1:1；氯亚铂酸钠与三聚氰胺的质量比为1:40，氯亚铂酸钠中所占铂元素与碳粉的质量比为1:5；向混合物中加入去离子水，使得氯铂酸钾的浓度控制为0.01mol/L，在加热条件下搅拌5小时水解得到混合溶液，加热温度控制为90℃，搅拌速度控制为1450转/分，将混合溶液抽滤干燥得到粉末物质；

(2)将步骤(1)得到的粉末物质置于氢气且温度为200℃的环境下热处理8小时得到含氮碳负载铂铜合金。

实施例4

一种含氮碳负载铂铁合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氯铂酸钾、硫酸亚铁、尿素和碳纳米管混合均匀形成混合物，各物质用量，按下述比例：氯铂酸钾、硫酸亚铁中的铂与铁的摩尔比为1:0.3；氯铂酸钾与尿素的质量比为1:100，氯铂酸钾中所占铂元素与碳粉的质量比为3:5；向混合物中加入去离子水，使得氯铂酸钾的浓度控制为0.1mol/L，在加热条件下搅拌2小时水解得到混合溶液，加热温度控制为100℃，搅拌速度控制为1200转/分，将混合溶液抽滤干燥后研磨得到粉末物质；

(2)将步骤(1)得到的粉末物质置于氢气且温度为300℃的环境下热处理6小时得到含氮碳负载铂铁合金。

Claims (4)

1.一种含氮碳负载铂合金催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将含铂的前驱体化合物、含过渡金属的前驱体化合物、含氮化合物和碳载体混合均匀形成混合物，加入去离子水，保持含铂前驱体的浓度为0.01～0.1mol/L；在加热条件下搅拌2～5小时水解得到混合溶液，加热温度控制为85～100℃，搅拌速度控制为1200～1600转/分，将混合溶液抽滤干燥后研磨得到粉末物质；所述含过渡金属的前驱体化合物选自铁、钴、镍或铜的氯化物、硫酸盐或乙酸盐中的一种或多种；所述含铂的前驱体化合物、含过渡金属的前驱体化合物中的铂与过渡金属的摩尔比为1:(0.1～1)；所述含氮化合物选自尿素或三聚氰胺；所述碳载体选自碳粉、碳纳米管、乙炔黑中的一种或多种；

(2)将步骤(1)得到的粉末物质置于氢气环境下热处理得到含氮碳负载铂合金催化剂。

2.如权利要求1所述的含氮碳负载铂合金催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，含铂的前驱体化合物与尿素的质量比是1:(20～100)。

3.如权利要求1所述的含氮碳负载铂合金催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，含铂的前驱体化合物与三聚氰胺的质量比是1:(5～40)。

4.如权利要求1～3之一所述的含氮碳负载铂合金催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，热处理温度控制为200～400℃，热处理时间控制为4～8小时。

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