[发明专利]一种铂纳米晶催化剂的活性优化处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及铂纳米晶催化剂的活性优化处理方法，从而使其在电化学催化剂氧还原体系领域的得到广泛的应用。

背景技术

目前，很多研究组用胶态的方法合成了拥有不同形状的铂纳米晶体，例如立方体，截角立方体或者立方八面体等等，这给催化剂的方向又另辟了一条新的道路。催化剂的活性不仅仅依赖于颗粒尺寸的大小还取决于纳米晶体的形状。然而，要获得有效的催化性质必须得先除去纳米颗粒表面的聚合物，而且，很多催化反应都发生在比较高的温度下。因此，将来的应用方面会需要加热催化剂，对于催化剂的活性来说，涉及到形状变化的纳米晶体的热稳定性是非常有必要研究的。

对于混杂的催化剂，金属与金属载体之间的相互作用在决定催化性质方面尤为关键。尤其是活性金属在不同载体上在较高的温度下的热稳定性和形状变化都需要被仔细的研究，就像很多实用的催化反应应用在工厂里面都是发生在比较高的温度下的。

金属颗粒在较高的温度下会趋于变成球形以降低总体的表面积和表面能已经成为了一个普遍的趋势。最近，王宗林研究组已经报道了铂纳米颗粒在无定形碳基底上的随着温度变化的形状变化，他们表明了这些纳米颗粒在较高的温度下会通过表面融化甚至是聚集形成类似球的形状。

现今，燃料电池技术在最近几年作为将来的能源技术的骨架是炙手可热的。燃料电池是通过电化学反应将化学能直接转变成电能的装置，尽管碳氢化合物燃料的转变在低温燃料电池技术系统能量密度方面是值得高度重视的，但是众所周知，电催化剂在实际应用中不能提供可观的有效转换效率和速度。燃料电池的种类有很多，碱性燃料电池是在有压力的氢气和氧气中操作的，他们一般用氢氧化钾水溶液作为电解质，效率约为70%，操作温度在150℃到200℃之间；熔融的碳酸盐燃料电池(MCFC)用的是碳酸盐的高温化合物作为电解质，效率是60%到80%，操作温度是650℃；磷酸燃料电池（PAFC）用的是磷酸作为电解质，效率为40%到80%，操作温度为150℃到200℃；质子交换薄膜燃料电池（PEMFC）是用的一种薄的可渗透的薄层聚合物电解质，效率是40%到50%，操作温度为80℃；固体氧化物燃料电池（SOFC）用的是坚硬的陶瓷的金属氧化物（例如钙、锌）作为电解质，效率约为60%，操作温度约为1000℃。然而，铂基催化剂被认为是在质子交换薄膜燃料电池和磷酸燃料电池中最好的电催化剂，碳作为载体的铂催化剂在磷酸燃料电池和质子交换薄膜燃料电池中是众所周知的氢氧化和氧还原的电催化剂。

专利CN102641733A公开了一种制备高催化活性Pt/CNTs材料的方法，Pt/CNTs材料的制备包括如下步骤：采用碳纳米管作为催化剂载体，按质量比例1:1～4:1称量一定量的碳纳米管和有机金属铂化合物，然后进行混匀，再进行加热，加热时间为10～30秒钟，加热温度为250～400℃，使有机金属铂化合物在碳纳米管表面受热分解，形成具有催化活性的Pt粒子，均匀负载在碳纳米管表面，得到Pt/CNTs催化剂材料。

但是，目前还没有出现用对铂纳米晶体进行一系列的条件优化作为优良的氧还原催化剂的方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种铂纳米晶催化剂的活性优化处理方法，该方法利用已合成好的铂纳米晶体作为基础，以获得具有良好氧化还原活性的催化剂。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种铂纳米晶催化剂的活性优化处理方法，包括步骤如下：

（1）合成Pt纳米晶；

（2）将Pt纳米晶加入溶剂中离心分离纯化；

（3）将纯化后的铂纳米晶与碳纳米管以1:4-9的质量比例超声混合，制得含铂为10-20%的负载在碳纳米管上的铂纳米晶体（Pt NCs-CNTs）；

（4）将得到的样品放入管式炉在H₂-Ar混合气氛中或Ar气氛围中升温至100-800℃，加热处理1小时。