[发明专利]一种限阈型Pt基氢气氧化催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种限阈型Pt基氢气氧化催化剂及其制备方法，属于氢气氧化催化领域。本发明提供了一种限阈型Pt基氢气氧化催化剂，包括载体和填充在所述载体内部的Pt纳米颗粒，所述载体为碳基纳米笼或氮掺杂的碳基纳米笼。本发明中Pt纳米颗粒位于碳基纳米笼或氮掺杂的碳基纳米笼的纳米空腔中，被限阈从而无法发生迁移、团聚，是其高催化、稳定性的本质原因。实施例的数据表明，本发明提供的限阈型Pt基氢气氧化催化剂的氢气电催化性能优异，经5000次循环后极限电流密度基本不变。

技术领域

本发明涉及氢气氧化催化技术领域，尤其涉及一种限阈型Pt基氢气氧化催化剂及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池作为解决能源问题、环境问题的研究方向之一，日益被人们重视。在酸性条件下，燃料电池的阳极反应为氢气转换为氢离子并释放出电荷，在此过程中，Pt基催化剂仍是目前性能最好、使用最广泛的催化剂。但是酸性条件下Pt作为阳极催化剂的缺点也很明显：一方面纳米粒子有团聚成较大的颗粒以减少高比表面能的固有倾向，所以Pt颗粒会团聚和生长，导致其表面能降低，催化活性降低。并且，负载的Pt基催化剂在酸性溶液中，Pt会溶解或迁移，导致Pt的流失和重新分配。传统铂碳催化剂的这些缺点使得催化剂的稳定性不高，利用率下降，交换膜燃料电池的输出功率逐渐下降。

目前的研究办法研究非贵金属催化剂或者将Pt与其他金属制成合金，但是效果并不明显，想维持高的催化活性，那稳定性就要下降，如中国专利CN201811228440.7提供一种基于碳纳米笼载体的金属单原子催化剂，该金属单原子催化剂包括碳纳米笼载体和嵌入所述碳纳米笼载体笼壁微孔通道中的金属单原子，也存在催化活性和稳定性不能同时兼顾的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种限阈型Pt基氢气氧化催化剂及其制备方法。本发明提供的限阈型Pt基氢气氧化催化剂具有高催化活性和高稳定性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种限阈型Pt基氢气氧化催化剂，包括载体和填充在所述载体内部的Pt纳米颗粒，所述载体为碳基纳米笼或氮掺杂的碳基纳米笼。

优选地，所述Pt纳米颗粒占载体的百分数为10～40wt.％。

优选地，所述Pt纳米颗粒占载体的百分数为15～22wt.％。

优选地，所述氮掺杂的碳基纳米笼中的氮含量为0～20at.％。

优选地，所述载体的笼壁微孔为0.4～1.5nm。

本发明还提供了上述技术方案所述的限阈型Pt基氢气氧化催化剂的制备方法，包括以下步骤：

提供载体；

将所述载体置于真空填充装置中抽真空后，将H₂PtCl₆溶液加入真空填充装置搅拌浸渍，得到悬浮液；

将所述悬浮液过滤后，将所得固体物质依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤后干燥，得到固体产物；

将所述固体产物进行热处理，得到所述限阈型Pt基氢气氧化催化剂。

优选地，所述H₂PtCl₆溶液的浓度为0.05～0.5mol/L。

优选地，所述搅拌浸渍的温度为50～100℃，时间为8～24h。

优选地，所述热处理在氢气气氛中焙烧，所述焙烧的温度为300～600℃，时间为2～4h。

优选地，所述抽真空为至绝对压力小于5Pa。