[实用新型]一种用于制备铂基核壳结构催化剂的微通道循环流动式脉冲电沉积装置

说明书

本实用新型公开了一种用于制备铂基核壳结构催化剂的微通道循环流动式脉冲电沉积装置及其使用方法。该装置包括脉冲直流电源、液体循环泵、物料容器、以及微通道电沉积池，微通道电沉积池包括物料进口、物料出口和一组S型的微通道，物料流经二块极板之间的微通道时，在脉冲外电源的作用下产生电沉积作用，溶液中的活性金属离子沉积在物料中的作为核的金属或者氮化物纳米粒子表面形成核壳结构的催化剂；沉积完成后，经过简单的分离、洗涤、干燥即可制得催化剂。本实用新型提出的微通道设置有效解决了目前的宏通道装置存在的制备效率低、制得的催化剂均匀性差的问题，为核壳结构催化剂的批量制备提供了一种高度可靠的的制备装置。

技术领域

本实用新型涉及Pt基核壳结构催化剂的制备装置，具体涉及一种用于制备铂基核壳结构催化剂的微通道循环流动式脉冲电沉积装置。

背景技术

低温质子交换膜燃料电池具有能量转换效率高、功率密度高、工作温度低和零排放等优点，是一种高效清洁的能源转换装置。然而，燃料电池技术的大规模商业化仍然面临着一些问题，其中最为严峻的问题是大量使用Pt催化剂。因此，发展低铂及非铂催化剂已成为燃料电池领域的最为重要的课题。

核壳结构催化剂是近年来出现的一类极其重要的低铂催化剂，这类催化剂是使用相对廉价的贵金属、过渡金属、合金及导电化合物的纳米粒子作为核，在其表面覆盖单个或数个原子层厚度的Pt为壳层而制得的新型高性能催化剂。核壳结构低铂催化剂可大幅度降低燃料电池的贵金属Pt的使用量，进而降低燃料电池的成本，是实现质子交换膜燃料电池大规模商业化的希望所在。有关核壳结构低铂催化剂的研究已成为燃料电池领域最热门的研究课题之一。核壳结构催化剂制备的难点在于在作为基质的纳米粒子表面制备出单原子层或者仅有几个原子层厚度的超薄壳层。

脉冲电沉积法一般采用恒电流脉冲法制备，实验室一般采用旋转圆盘电极来完成制备，然而，旋转圆盘电极每次制备的量有限(微克级)，不适合用于这类催化剂的放大制备。

中国发明专利申请CN108075144A发明了一种利用欠电位沉积技术，制备了以贵金属为核，具有致密的、铜修饰的Pt为壳层的催化剂的方法，但是此方法核材料仅受限于制备金属为核的核壳结构催化剂。

中国发明专利申请CN102969514B发明了一种金属包覆氧化物纳米核壳结构催化剂，由均匀分布的金属作为壳层，氧化物纳米颗粒作为内核。该核壳结构催化剂虽然拥有不错的氧还原活性，但制备过程相对繁琐复杂。

中国发明专利申请CN105032460A公开了一种采用脉冲沉积技术，制备出一种基于氮化物纳米粒子的低铂催化剂。该方法虽然采用脉冲沉积法制备出具有优异性能的氮化物基低铂催化剂，但专利中并未涉及脉冲电沉积装置的发明。

综上所述，对于核壳结构催化剂的放大制备，目前尚无合适的制备装置。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种用于制备铂基核壳结构催化剂的微通道循环流动式脉冲电沉积装置，该装置适用于电沉积方法批量制备核壳结构催化剂。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现。

一种用于制备铂基核壳结构催化剂的微通道循环流动式脉冲电沉积装置，包括第一导体材料、脉冲直流电源正极、绝缘密封圈、物料管、脉冲直流电源负极、第二导体材料、物料罐和出料管；所述第一导体材料、绝缘密封圈和第二导体材料依次从上到下设置；所述第一导体材料与脉冲直流电源正极连接，所述第二导体材料与脉冲直流电源负极连接；所述绝缘密封圈内设置有微通道电沉积池，所述微通道电沉积池由物料进口、物料出口和一组以上的S型的微通道组成；所述物料进口与物料出口分别与S型的微通道的入口和出口连接，即所述微通道电沉积池为物料进口、一组以上的S型的微通道和物料出口顺次连接；所述物料进口通过物料管与物料罐连接，所述物料出口通过出料管与物料罐连接。

上述装置中，所述物料进口与物料罐之间的物料管上设置有液体循环泵。