[发明专利]一种介孔碳载Pt纳米催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种介孔碳载Pt纳米催化剂及其制备方法，属材料领域。

背景技术

在直接甲醇燃料电池应用领域，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。

目前，用作催化氧化甲醇的Pt纳米催化剂多存在氧化性能低、稳定性差的特点，而介孔碳较常规活性炭具有更高的比表面积和更大的孔隙率，受到各国研究者的普遍关注。采用介孔碳负载纳米Pt粒子，能够较好地提高贵金属Pt的分散性和抗CO中毒能力。

目前的Pt纳米催化剂多采用活性炭做载体，虽然活性炭的比表面积也比较高，如最商业化应用的活性炭Vulcan XC-72的比表面积达254m²/g，但是活性炭几乎95%以上的表面积都在微孔中，微孔是决定活性炭吸附性能高低的重要因素，而微孔吸附的Pt纳米颗粒则不大牢固。介孔碳相比来说，具有更大的比表面积，平均高达800m²/g，同时具有较大的孔径，可以容纳Pt纳米颗粒，同时可以促进燃料溶液在孔道内的流通，增加Pt催化剂催化氧化燃料溶液的机会。

发明内容

本发明目的在于提出了一种新型介孔碳载Pt纳米催化剂及其制备方法，目的是提高对甲醇的催化活性和抗CO中毒能力。

本发明的技术方案

一种介孔碳负载Pt纳米催化剂及其制备方法，包括如下制备步骤：

（1）、将介孔氧化硅SBA-15，蔗糖，硫酸，水混匀后在40kHz下强力超声20min，先控温100℃烘6h，然后再控温160℃烘6h，得到黑褐色的物质；

其中介孔氧化硅SBA-15，蔗糖，硫酸，水的混合比例按质量比，即介孔氧化硅SBA-15：蔗糖：硫酸：水为1：1.25：0.14:5；

将得到的黑褐色的物质进行研磨，然后再加入蔗糖、硫酸和水，重复100℃、160℃各烘6h，并再次进行研磨后，在石英管式炉中氮气气氛下控温600～900℃焙烧6h，最后用过量的浓度为10%的氢氟酸(HF)浸润洗涤以除去二氧化硅模板，得到介孔碳；

其中再加入的蔗糖，硫酸和水的比例以介孔氧化硅的质量为基准，即介孔氧化硅SBA-15：蔗糖：硫酸：水为1:0.8:0.09:5；

（2）、将步骤（1）所得的介孔碳溶解于水中,升温至40℃，磁力搅拌，控制搅拌速率500r/min，30min后形成碳浆；

其中的介孔碳和水的质量体积比即活性炭：水为1g：1L;

（3）、缓慢向步骤（2）所形成的碳浆中滴加H₂PtCl₆，再加入金属保护剂后，超声搅拌30min,用0.1M NaOH调节溶液的pH至8，在40℃下，缓慢滴加还原剂，反应3h后得反应完全的悬浊液；

其中H₂PtCl₆的加入量按H₂PtCl₆中金属元素总质量与步骤（2）中添加的介孔碳的质量比，即H₂PtCl₆中金属元素总质量：步骤（2）中添加的介孔碳为1：4；

所述的金属保护剂为柠檬酸三钠，其加入量按柠檬酸三钠与金属Pt摩尔比计算，即柠檬酸三钠：金属Pt为2：1；

其中所述的还原剂为NaBH₄，其加入量按NaBH₄与金属Pt摩尔比计算，即NaBH₄：金属Pt为6：1；

（4）、将步骤（3）所得的悬浊液进行真空抽滤，控制真空度为-0.1MPa，所得的滤饼用去离子水水洗至溶液中无氯离子，再70℃真空干燥12h后研磨并200目筛分，即得介孔碳载Pt纳米催化剂。

上述的制备方法所得的介孔碳载Pt纳米催化剂，其颗粒粒径范围为3～5nm，比表面积为825m²/g，孔道为圆柱型，平均孔径为13.8nm。

本发明的技术效果

本发明的一种介孔碳载Pt纳米催化剂，其中Pt纳米颗粒粒径范围为3～5nm。且其中介孔碳较活性炭具有更大的比表面积，其平均比表面积为825m²/g，平均孔径为13.8nm，能够更好的抑制Pt纳米颗粒的团聚，进而提高Pt催化剂的稳定性。且在高温下制备的介孔碳负载的Pt纳米催化剂对CO有更高的氧化效果，也即催化剂具有更好的抗CO中毒能力。