[发明专利]一种改性介孔碳载Pt纳米催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性介孔碳载Pt纳米催化剂及其制备方法，属材料领域。

背景技术

直接甲醇燃料电池（DMFC）具有燃料便宜、易于储存和携带、理论比能量高，近乎零污染排放等优点，是各种小型便携式电源的理想动力源之一。而实际DMFC性能和理论性能还有较大的差距，制备和寻找高活性电催化剂是提高DMFC性能的重要途径，也成为研究者们不断追求的目标。

目前，Pt基催化剂仍然是DMFC中最广泛采用的阳极电催化剂，通常Pt基催化剂负载在导电的高比表面的碳载体上，以提高Pt纳米粒子的分散度，尽量提高催化剂Pt的活性比表面积，进而提高DMFC的性能。

目前主要通过采用活性炭Vulcan XC-72的Pt纳米催化剂进行解决。但是，采用活性炭Vulcan XC-72的Pt纳米催化剂，尽管活性炭的比表面积也比较高，如最商业化应用的活性炭的比表面积达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，于是Pt纳米颗粒在催化进程中很容易出现团聚现象，直接导致Pt催化剂的活性表面积减小，进而使得催化剂对甲醇的催化性能降低，抗CO中毒能力减弱。

发明内容

本发明目的之一在于为了提高对甲醇的催化活性和抗CO中毒能力而提出了一种改性介孔碳载Pt纳米催化剂。

本发明目的之二在于提供一种改性介孔碳载Pt纳米催化剂的制备方法。

本发明的技术方案

一种改性介孔碳负载Pt纳米催化剂的制备方法，包括如下制备步骤：

（1）、改性介孔碳的制备

将介孔氧化硅SBA-15，蔗糖，硫酸，硝酸，水混匀后强力超声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，硝酸，水的混合比例按质量比，即介孔氧化硅SBA-15：蔗糖：硫酸：硝酸：水为1：1.25：0.14：m：5；其中m=0.06～0.52；

将得到的黑褐色的物质进行研磨，然后再加入蔗糖、硫酸，硝酸和水，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，得到改性介孔碳；

其中再加入的蔗糖，硫酸，硝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：硝酸：水的质量比为1：0.8：0.09：n：5，其中n=0.04~0.33；

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

其中的改性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）中添加的改性介孔碳的质量比，即H₂PtCl₆中金属元素总质量：步骤（2）中添加的改性介孔碳为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，即得改性介孔碳载Pt纳米催化剂。

上述的制备方法所得的改性介孔碳载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