[发明专利]一种复合电沉积制备PtM/C催化剂的方法

说明书

一种复合电沉积制备PtM/C催化剂的方法，属于电沉积技术领域。该方法通过在镀液中加入不溶性的碳载体微粒，辅以搅拌或超声振动，利用直流电源设置不同的电流与电压，使碳载体微粒与PtM合金在阴极上共沉积，形成碳载体与催化剂合金金属结合力好、颗粒分散均匀且具有较大比表面积的PtM/C催化剂。本发明所采用的搅拌或超声条件下的复合电沉积法，不仅可以使PtM/C催化剂的纳米颗粒均匀稳定的负载在碳材料载体上，而且制备过程简单、反应条件温和、可控性强。

技术领域

本发明属于电沉积技术领域，涉及一种复合电沉积制备PtM/C催化剂的方法。

背景技术

复合电沉积也叫复合电镀，其原理是依据电结晶和弥散强化理论，采用电化学共沉积方法在电镀液中加入不溶性的固体微粒，并使之在镀液中稳定悬浮，或者采取必要的措施将微粒合理的配置于基体表面，在金属离子(一种或多种)阴极上还原析出的同时，得以将微粒包覆镶嵌在沉积层，形成性能优异的复合沉积层的过程。复合沉积层兼有基质金属沉积层和镶嵌微粒的性能，在材料科学的研究和应用中具有重要地位。复合电沉积作为一种制备金属基复合材料的方法，与其他方法相比，具有操作简单、沉积材料广泛及成本低等优点。

贵金属催化剂中Pt的活性最高，碳载Pt催化剂被广泛的应用于燃料电池的阴极与阳极。但是Pt作为一种贵金属，资源有限、成本过高，在作为醇类燃料电池阳极催化剂时，与醇类氧化中形成的含氧碳物质(特别是CO)之间的相互作用非常强，易致使Pt活性位点被覆盖和阻塞，导致其活性衰退；同时，碳载体材料在酸性和氧化条件下以及在高工作电压下长时间运行时，易遭受腐蚀和氧化，从而加速Pt纳米粒子的溶解、迁移和分离，导致其稳定性严重严重下降。作为载体的碳材料，对于提高PtM合金催化剂的催化活性具有重要意义，且其与PtM合金催化剂之间结合力的强弱对于催化剂性能的影响也相当大。

采用合金化的方法，将Pt与其他非Pt贵金属(Pd、Au、Ag、Ru、Rh、Ir等)以及资源丰富且价格相对低廉的非贵金属(Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mn、Mo、Re、W等)相结合，利用Pt与金属M之间的协同作用，提高PtM合金催化剂的催化活性。同时，碳载体的加入，可以提高PtM催化剂的分散性和暴露更多的活性位点，从而提高PtM合金催化剂的性能。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种复合电沉积制备PtM/C催化剂的方法，采用复合电沉积的方法，辅以搅拌或超声振动，制备平均粒径小、比表面积大且与载体结合牢固的PtM/C催化剂，该方法操作简单、环保且制备成本较低。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种复合电沉积制备PtM/C催化剂的方法，该方法通过在镀液中加入不溶性的碳载体微粒，辅以搅拌或超声振动，利用直流电源设置不同的电流与电压，使碳载体微粒与PtM合金在阴极上共沉积，得到碳载体与催化剂结合力好、颗粒分散均匀且具有较大比表面积的PtM/C催化剂。本发明所采用的搅拌或超声条件下的复合电沉积法，不仅可以使PtM/C催化剂的纳米颗粒均匀稳定的负载在碳材料载体上，而且制备过程简单、反应条件温和、可控性强。

本发明的制备过程具体包括以下步骤：

第一步，基体的前处理

对基体材料依次进行前处理(除油、活化、水洗、吹干等)。

第二步，配制PtM/C镀液

镀液由Pt盐、第二组分金属盐、添加剂、碳材料以及溶剂组成。

将Pt盐、第二组分金属盐、添加剂以及碳材料依次加入到溶剂中，在20～100℃条件下，充分搅拌反应1～24h后使其完全溶解，得到PtM/C镀液。所述的Pt盐与第二组分金属盐的摩尔比例为1:80～80:1。PtM/C镀液中Pt盐的浓度为0.001～1mol/L，第二组分金属盐的浓度为0～5mol/L，添加剂的浓度为0～0.5mol/L，碳材料的质量浓度为1～100mg/L。