[发明专利]一种碳负载贵金属催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池催化剂领域，尤其涉及一种碳负载贵金属催化剂的制备方法。

背景技术

目前常用的燃料电池催化剂为碳负载贵金属(如铂、铱、钌、钯、铑等)催化剂，与纯贵金属催化剂相比，碳负载贵金属催化剂具有比表面大，金属利用率高，催化性能好等优点，尤其是大大降低了燃料电池的产本。

影响这类催化剂催化活性的主要因素是载体的颗粒尺寸和性能、载体的预处理、催化剂的制备方法。

用于制备碳负载贵金属催化剂的碳载体有活性炭、碳黑、碳纳米管、碳微球及碳纤维等，载体类型不同，其比表面积、表面官能团和外观形态都存在差异，这些差异最终影响金属在载体上的分散程度。以下是活性炭、碳黑、碳纳米管作为载体材料的利弊关系比较。

活性炭在为载体材料的优点在于：比表面积大、杂质残留量小、金属在载体上的分散度好，原料供应充分，价格低；缺点在于：在作为载体前要进行复杂的预处理；颗粒石墨化程度低，制备的催化剂的抗氧化性弱。

碳黑是另一类用得较多的载体材料，其优点在于载体石墨化程度高，金属在载体上分散度和担载量高；缺点在于：比表面积较小、载体颗粒大且分布不均匀。

碳纳米管是较为理想的碳载体的载体材料，它有比表面积大、杂质残留量小、金属在载体上的分散度好，金属担载量高，材料石墨化程度高等优点，但是碳纳米管的制备工艺复杂，价格昂贵成为制约其被广泛应用的重要因素。

发明内容

本发明目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种石墨化程度高；粒径分布均匀；比表面积大的碳负载贵金属催化剂的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种碳负载贵金属催化剂的制备方法，其特征在于：该方法采用超声波电解法制备的纳米石墨粉为载体材料，生产碳负载贵金属催化剂，具体步骤如下：

(1)以微滤膜作为筛分膜，取一端内壁带有螺纹的聚四氟乙烯管子，以及与其配套的聚四氟乙烯螺母，在螺母上面装上生料带，再在生料带放上微滤膜，将管子和螺母拧紧，得到筛分容器，在该筛分容器中放入石墨电极，并以石墨粉填充压紧后为正负极，将正负两个电极浸在内充电解液的电解槽中，电解槽放置于超声波震荡器中，通电进行电解，同时伴随超声波震荡，利用电泳效应，使石墨颗粒聚集在负极周围，得到2～6wt％的超声波氧化纳米石墨溶胶；

(2)将步骤(1)中的石墨溶胶与金属溶液充分混合，然后再加还原性化合物，进行还原反应，水洗、真空干燥后获得碳负载贵金属催化剂，使石墨粉与金属的质量比为0.1～9.5。

所述的微滤膜为无机膜包括氧化铝膜，或高分子有机膜包括聚碳酸酯膜。

所述的微滤膜的材料的有效孔径为5nm～30nm。

所述的电解的条件为：电压3～10V，电流1.5～10A，电解氧化时间5～60h。

所述的电解液包括酸性电解液、碱性电解液或中性电解液。

所述的酸性电解液包括硫酸、磷酸、硝酸，所述的碱性电解液包括氢氧化钠、氢氧化钾，所述的中性电解液包括碳酸钠、纯水、蒸馏水、去离子水。

所述的石墨溶胶中石墨粉的含量确定的方法为称取石墨溶胶，在真空干燥箱中干燥至恒重，得石墨粉，石墨溶胶的wt％＝石墨粉/石墨溶胶。

所述的还原性化合物为硼氢化钠，异丙醇，多元醇，甲酸，水合肼，氢气。

所述的多元醇包括乙二醇、丙三醇。

与现有技术比较，本发明的优点在于：

(1)采用超声波电解法制备石墨粉作为催化剂的载体材料，解决了原有载体材料的应用局限性，其优点在于材料的石墨化程度高；粒径分布均匀；比表面积大；

(2)微滤膜作为筛分膜，利用微滤膜的孔径可以有效的控制材料颗粒的尺寸。

(3)电解过程中使石墨粉表面引入活性基团，对材料表面进行了改性处理，有利于催化剂的担载。

(4)在纳米石墨粉的制备过程中伴随超声波震荡，有效的防治石墨粉阻塞微滤膜的微孔，使反应顺利进行。

(5)采用湿法混合的方式。以往制备的纳米石墨粉都是经过干燥后才能使用，本发明直接用石墨溶胶参与反应，有利于催化剂制备时混料均匀，更有利于金属颗粒吸附在载体表面。

(6)此种方法制备的石墨粉负载贵金属催化剂的抗氧化性优于碳负载贵金属催化剂。

附图说明

图1为本发明实施例1的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1