本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種碳負(fù)載貴金屬催化劑的制備方法，該方法采用超聲波電解法制備的納米石墨粉為載體材料，生產(chǎn)碳負(fù)載貴金屬催化劑，具體步驟如下：（１）以微濾膜作為篩分膜，用特定的磨具制成篩分容器，在該篩分容器中放入石墨電極，并以石墨粉填充壓緊后為正負(fù)極，將正負(fù)兩個(gè)電極浸在內(nèi)充電解液的電解槽中，電解槽放置于超聲波震蕩器中，通電進(jìn)行電解，使石墨顆粒聚集在負(fù)極周圍，得到２～６ｗｔ％的超聲波氧化納米石墨溶膠；（２）將步驟（１）中的石墨溶膠與金屬溶液充分混合，然后再加還原性化合物，進(jìn)行還原反應(yīng)，水洗、真空干燥后獲得碳負(fù)載貴金屬催化劑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明專利技術(shù)所制催化劑具有石墨化程度高；粒徑分布均勻；比表面積大等特點(diǎn)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及燃料電池催化劑領(lǐng)域，尤其涉及一種碳負(fù)載貴金屬催化劑的制 備方法。
技術(shù)介紹
目前常用的燃料電池催化劑為碳負(fù)載貴金屬(如鉑、銥、釕、鈀、銠等) 催化劑，與純貴金屬催化劑相比，碳負(fù)載貴金屬催化劑具有比表面大，金屬利 用率高，催化性能好等優(yōu)點(diǎn)，尤其是大大降低了燃料電池的產(chǎn)本。影響這類催化劑催化活性的主要因素是載體的顆粒尺寸和性能、載體的預(yù) 處理、催化劑的制備方法。用于制備碳負(fù)載貴金屬催化劑的碳載體有活性炭、碳黑、碳納米管、碳微 球及碳纖維等，載體類型不同，其比表面積、表面官能團(tuán)和外觀形態(tài)都存在差 異，這些差異最終影響金屬在載體上的分散程度。以下是活性炭、碳黑、碳納 米管作為載體材料的利弊關(guān)系比較。活性炭在為載體材料的優(yōu)點(diǎn)在于比表面積大、雜質(zhì)殘留量小、金屬在載 體上的分散度好，原料供應(yīng)充分，價(jià)格低；缺點(diǎn)在于在作為載體前要進(jìn)行復(fù) 雜的預(yù)處理；顆粒石墨化程度低，制備的催化劑的抗氧化性弱。碳黑是另一類用得較多的載體材料，其優(yōu)點(diǎn)在于載體石墨化程度高，金屬 在載體上分散度和擔(dān)載量高；缺點(diǎn)在于比表面積較小、載體顆粒大且分布不 均勻。碳納米管是較為理想的碳載體的載體材料，它有比表面積大、雜質(zhì)殘留量 4、金屬在載體上的分散度好，金屬擔(dān)載量高，材料石墨化程度高等優(yōu)點(diǎn)，但 是碳納米管的制備工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴成為制約其被廣泛應(yīng)用的重要因素
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種石墨化程 度高；粒徑分布均勻；比表面積大的碳負(fù)載貴金屬催化劑的制備方法。本專利技術(shù)的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn) 一種碳負(fù)載貴金屬催化劑的 制備方法，其特征在于該方法采用超聲波電解法制備的納米石墨粉為載體材 料，生產(chǎn)碳負(fù)載貴金屬催化劑，具體步驟如下(1) 以微濾膜作為篩分膜，取一端內(nèi)壁帶有螺紋的聚四氟乙烯管子，以 及與其配套的聚四氟乙烯螺母，在螺母上面裝上生料帶，再在生料帶放上微濾 膜，將管子和螺母擰緊，得到篩分容器，在該篩分容器中放入石墨電極，并以 石墨粉填充壓緊后為正負(fù)極，將正負(fù)兩個(gè)電極浸在內(nèi)充電解液的電解槽中，電 解槽放置于超聲波震蕩器中，通電進(jìn)行電解，同時(shí)伴隨超聲波震蕩，利用電泳 效應(yīng)，使石墨顆粒聚集在負(fù)極周圍，得到2 6wtW的超聲波氧化納米石墨溶膠；(2) 將步驟(1)中的石墨溶膠與金屬溶液充分混合，然后再加還原性化合物，進(jìn)行還原反應(yīng)，水洗、真空干燥后獲得碳負(fù)載貴金屬催化劑，使石墨粉與金屬的質(zhì)量比為0.1 9.5。所述的微濾膜為無機(jī)膜包括氧化鋁膜，或高分子有機(jī)膜包括聚碳酸酯膜。 所述的微濾膜的材料的有效孔徑為5nm 30nm。所述的電解的條件為電壓3 10V，電流1.5 10A，電解氧化時(shí)間5 60h。所述的電解液包括酸性電解液、堿性電解液或中性電解液。 所述的酸性電解液包括硫酸、磷酸、硝酸，所述的堿性電解液包括氫氧化 鈉、氫氧化鉀，所述的中性電解液包括碳酸鈉、純水、蒸餾水、去離子水。 所述的石墨溶膠中石墨粉的含量確定的方法為稱取石墨溶膠，在真空干燥箱中干燥至恒重，得石墨粉，石墨溶膠的^%=石墨粉/石墨溶膠。所述的還原性化合物為硼氫化鈉，異丙醇，多元醇，甲酸，水合肼，氫氣。 所述的多元醇包括乙二醇、丙三醇。 與現(xiàn)有技術(shù)比較，本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于 (1)采用超聲波電解法制備石墨粉作為催化劑的載體材料，解決了原有載體材料的應(yīng)用局限性，其優(yōu)點(diǎn)在于材料的石墨化程度高；粒徑分布均勻；比表面積大；(2) 微濾膜作為篩分膜，利用微濾膜的孔徑可以有效的控制材料顆粒的尺寸。(3) 電解過程中使石墨粉表面引入活性基團(tuán)，對材料表面進(jìn)行了改性處 理，有利于催化劑的擔(dān)載。(4) 在納米石墨粉的制備過程中伴隨超聲波震蕩，有效的防治石墨粉阻 塞微濾膜的微孔，使反應(yīng)順利進(jìn)行。(5) 采用濕法混合的方式。以往制備的納米石墨粉都是經(jīng)過干燥后才能 使用，本專利技術(shù)直接用石墨溶膠參與反應(yīng)，有利于催化劑制備時(shí)混料均勻，更有 利于金屬顆粒吸附在載體表面。(6) 此種方法制備的石墨粉負(fù)載貴金屬催化劑的抗氧化性優(yōu)于碳負(fù)載貴 金屬催化劑。附圖說明圖1為本專利技術(shù)實(shí)施例1的示意圖。 具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本專利技術(shù)作進(jìn)一步的說明。 實(shí)施例1選用聚碳酸酯膜微濾膜(直徑47mm，孔徑15nm)制作篩分容器，在篩分 容器中放入石墨電極，并用粒徑在45 n m左右的石墨粉填充壓緊后作為正極， 負(fù)極的制作方法與正極的制作方法相同，把它們浸在以稀硫酸(ph=4)為電解 液的電解槽中，接通電源，電壓控制在3~10V，電流控制在1.5-10A，進(jìn)行氧 化處理，控制溫度在60。C (溫度誤差土5。C)，電解氧化時(shí)間30h，得到2%~5% 的納米石墨溶膠。20g的石墨溶膠與適量氯鉑酸充分混合，以乙二醇為還原劑，微波反應(yīng) 4min，分離固體，水洗出氯離子，真空干燥，后得到Pt/C催化劑(Pt含量 wt%=40%)，測得催化劑的比表面積》65m2/g，粒徑《3.5nm。實(shí)施例2選用氧化鋁膜(直徑25mm，孔徑20nm，)制作篩分容器，在篩分容器中放入石墨電極，并用粒徑在45"m左右的石墨粉填充壓緊后作為正極，負(fù)極的 制作方法與正極的制作方法相同，把它們浸在以去離子水溶液為電解液的電解 槽中，接通電源，電壓控制在3~10V，電流控制在1.5~10A，進(jìn)行氧化處理， 控制溫度在70'C (溫度誤差士5。C)，電解氧化時(shí)間40h，得到3%~6%的納米石墨溶膠。25g的石墨溶膠與適量氯鉑酸充分混合，以異丙醇為還原劑，微波反應(yīng) 2min，分離固體，水洗出氯離子，真空干燥，后得到Pt/C催化劑(Pt含量 wt%=20%)，測得催化劑的比表面積》85m2/g，粒徑《3.5nm。實(shí)施例3，該方法采用超聲波電解法制備的納 米石墨粉為載體材料，生產(chǎn)碳負(fù)載貴金屬催化劑，具體步驟如下(1) 以氧化鋁膜作為篩分膜(直徑25mm,孔徑20nm)，取一端內(nèi)壁帶 有螺紋的聚四氟乙烯管子，以及與其配套的聚四氟乙烯螺母，在螺母上面裝上 生料帶，再在生料帶放上微濾膜，將管子和螺母擰緊，得到篩分容器，在該篩 分容器中放入石墨電極，并以石墨粉填充壓緊后為正負(fù)極，將正負(fù)兩個(gè)電極浸 在內(nèi)充硫酸電解液的電解槽中，電解槽放置于超聲波震蕩器中，通電進(jìn)行電解， 電壓3V，電流1.5A，電解氧化時(shí)間60h;同時(shí)伴隨超聲波震蕩，利用電泳效應(yīng)， 使石墨顆粒聚集在負(fù)極周圍，得到4.5%~6%的超聲波氧化納米石墨溶膠；(2) 將步驟(1)中的石墨溶膠與金屬溶液充分混合，然后再加還原性化 合物異丙醇，采用浸漬一液相還原法進(jìn)行還原反應(yīng)，水洗、真空干燥后獲得碳 負(fù)載貴金屬催化劑，使石墨粉與金屬的質(zhì)量比為0.25，即得。實(shí)施例4，該方法采用超聲波電解法制備的納 米石墨粉為載體材料，生產(chǎn)碳負(fù)載貴金屬催化劑，具體步驟如下(1)以聚碳酸酯膜作為篩分膜，其有效孔徑為30nm，取一端內(nèi)壁帶有螺 紋的聚四氟乙烯管子，以及與其配套的聚四氟乙烯螺母，在螺母上面裝上生料 帶，再在生料帶放上微濾膜，將管子和螺母擰緊，得到篩分容器，在該篩分容 器中放入石墨電極，并以石墨粉填充壓緊后為正負(fù)極，將正負(fù)兩個(gè)電極浸在內(nèi) 充氫氧化鉀電解液的電解槽中，電解槽放置于超聲波震蕩器中，通電進(jìn)行電解，電壓IOV，電流IOA，電解氧化時(shí)間25h;同時(shí)伴隨超聲波震蕩，利用電泳效 應(yīng)，使本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種碳負(fù)載貴金屬催化劑的制備方法，其特征在于：該方法采用超聲波電解法制備的納米石墨粉為載體材料，生產(chǎn)碳負(fù)載貴金屬催化劑，具體步驟如下： （１）以微濾膜作為篩分膜，取一端內(nèi)壁帶有螺紋的聚四氟乙烯管子，以及與其配套的聚四氟乙烯螺母，在螺母上面裝上生料帶，再在生料帶放上微濾膜，將管子和螺母擰緊，得到篩分容器，在該篩分容器中放入石墨電極，并以石墨粉填充壓緊后為正負(fù)極，將正負(fù)兩個(gè)電極浸在內(nèi)充電解液的電解槽中，電解槽放置于超聲波震蕩器中，通電進(jìn)行電解，同時(shí)伴隨超聲波震蕩，利用電泳效應(yīng)，使石墨顆粒聚集在負(fù)極周圍，得到２～６ｗｔ％的超聲波氧化納米石墨溶膠； （２）將步驟（１）中的石墨溶膠與金屬溶液充分混合，然后再加還原性化合物，進(jìn)行還原反應(yīng)，水洗、真空干燥后獲得碳負(fù)載貴金屬催化劑，使石墨粉與金屬的質(zhì)量比為０．１～９．５。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳瑩瑩，崔天宇，賈國忠，何海清，蘇惠珍，潘麗，
申請(專利權(quán))人：上海河森電氣有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：31[中國|上海]
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。