[发明专利]一种低铂修饰碳载钌纳米颗粒的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种低铂修饰碳载钌纳米颗粒的制备方法及其应 用，属功能材料领域。

背景技术

由于能量转化效率高，污染小，有利于减少石化燃料的过度使用 和保护地球环境，燃料电池现已受到各国研究者的普遍关注。直接甲 醇燃料电池是氢质子交换膜燃料电池的一种变种，甲醇相当于贮氢载 体，甲醇在常温常压下是一种结构最简单的液态有机化合物，储存简 单，来源方便，价格便宜，是一种理想的可再生燃料，而且在甲醇分 子中不存在C-C键的束缚，电化学活性高，能保持较高的能量转化效 率。

Pt对甲醇氧化具有很高的催化活性，但甲醇的氧化中间产物(类 似CO)很容易占据Pt表面的活性位，极易使Pt中毒。而提高催化 剂活性的关键是在低电位下氧化类似CO的中间产物，从而释放Pt 的活性位。目前Pt₅₀Ru₅₀是公认的商业化效果好的二元合金。一般认 为Ru的加入有两方面的作用：(1)Ru的加入会影响Pt的d电子状 态，从而减弱了Pt和CO之间的相互作用；(2)Ru在较低电位下易 形成活性含氧物种，它会促进甲醇解离吸附的中间体在Pt表面氧化， 从而提高了抗CO中毒能力。虽然Pt₅₀Ru₅₀不仅具有很好的催化效果， 而且贵金属Pt的用量比纯Pt要低，但如果能够极大的降低Pt的用量， 同时对甲醇氧化具有较好的催化效果，那么其商业化的意义重大，本 发明将解决此问题。

发明内容

本发明的目的为了克服现有PtRu二元合金催化材料Pt含量过 高的问题，提出了一种低铂修饰碳载钌纳米颗粒的制备方法，即可制 备超低Pt含量且对CO和甲醇具有较好的催化效果。

本发明的技术方案

一种低铂修饰碳载钌纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：

(1)、Ru/C的制备

按RuCl₃与乙二醇按质量体积比(g/L)为1∶3将RuCl₃完 全溶于乙二醇溶液中，再加入活性炭，超声搅拌，控制超声搅拌 速率为500r/min，超声搅拌时间30min，后再用浓度为2mM NaOH 的乙二醇溶液调节pH＝4，170℃油浴反应3h；

油浴反应后控制温度为50℃的条件下真空抽滤，再用去离 子水水洗3次后，再用浓度为99.7％丙酮溶液润洗，直到滤液没 有氯离子后，70℃真空干燥12h得到Ru/C；

其中加入的活性炭与RuCl₃质量比为2∶1；

(2)、在Ru/C表面采用自发沉积法修饰Pt

将步骤(1)得到的Ru/C置于在180℃氢气氛中2h，除去 Ru表面的氧化物后，再在常压，氩气保护下，冷却至50℃，再 加入含有1mM K₂PtCl₄的0.1M HClO₄溶液，搅拌，控制搅拌转 速为500r/min，搅拌时间为15～16h后；真空抽滤，用去离子水 水洗3次，再升温至70℃，真空干燥12h，即得本发明的低铂修 饰碳载钌纳米颗粒；

其中加入的1mM K₂PtCl₄的0.1M HClO₄溶液的量按Ru/C与 1mM K₂PtCl₄的0.1M HClO₄溶液的质量体积比为20mg∶12ml。

本发明的一种低铂修饰碳载钌纳米颗粒的制备方法，所得的低铂 修饰碳载钌纳米颗粒中Ru纳米粒子粒径大约4nm，铂的质量百分比 含量为25％。

本发明的铂修饰碳载钌纳米颗粒的应用

由于本发明的铂修饰碳载钌纳米颗粒是在Ru纳米颗粒表面上修 饰Pt，从而降低二元催化剂中Pt的含量，同时兼具PtRu合金催化剂 的优点，能直接用做直接甲醇燃料电池阳极催化剂。

本发明的有益效果

通过本发明的低铂修饰碳载钌纳米颗粒的制备方法所得的低铂 修饰碳载钌纳米颗粒，不仅极大的降低了贵金属Pt的含量，而且对 CO和甲醇具有较好的催化效果，可以直接用于直接甲醇燃料电池。

附图说明

图1、图1是Ru/C的TEM图

图2是Pt/Ru/C的TEM图