[发明专利]一种无定型多孔二氧化硅包覆的Pt/C催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开一种无定型多孔二氧化硅包覆的Pt/C催化剂及其制备方法。该制备方法，包括以下步骤：制备铂纳米颗粒；制备改性铂纳米颗粒；制备无定型多孔二氧化硅包覆的Pt/C催化剂。本发明通过在均匀负载的Pt颗粒表面包覆无定形多孔二氧化硅纳米层，一方面能够保护铂纳米颗粒，防止铂纳米颗粒在反应过程中发生团聚，有利于提高催化剂的稳定性；另一方面由于二氧化硅纳米层中多孔结构的存在，不会影响反应气体扩散到Pt表面的过程，也不影响碳载体的导电率，使催化剂具有较高的催化活性；本发明提供的方法不会破坏碳载体的结构，对碳载体的反应活性和导电率无影响。

技术领域

本发明涉及氢燃料电池催化剂技术领域，具体涉及一种无定型多孔二氧化硅包覆的Pt/C催化剂及其制备方法。

背景技术

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，其不但完全无污染，也避免了传统电池充电耗时的问题，是目前最具发展前景的新能源方式，具有极大的应用前景。

Pt/C催化剂是制备氢燃料电池的关键材料。Pt/C催化剂中，Pt主要以2～3nm颗粒形式高分散在碳载体上，其负载量高达20～60％，使得Pt在催化反应中容易发生团聚而失活。目前，一般通过强氧化性酸对碳载体进行功能化处理，从而增强载体与纳米Pt颗粒之间的相互作用，然而这种方法会在一定程度上破坏碳载体的结构，降低碳载体的导电率和抗腐蚀性。

因此，开发一种高活性、高稳定性的Pt/C催化剂具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种无定型多孔二氧化硅包覆的Pt/C催化剂及其制备方法，解决现有技术中现有的Pt/C催化剂活性和稳定性较差的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的第一方面提供了一种无定型多孔二氧化硅包覆的Pt/C催化剂的制备方法，包括以下步骤：制备铂纳米颗粒；制备改性铂纳米颗粒；制备无定型多孔二氧化硅包覆的Pt/C催化剂；其中，制备改性铂纳米颗粒的步骤具体为：将铂纳米颗粒分散在去离子水中，随后加入表面活性剂，搅拌18～24h，再加入造孔剂与第一溶剂的混合溶液，继续搅拌1～2h，经离心后得到改性铂纳米颗粒；

制备无定型多孔二氧化硅包覆的Pt/C催化剂的步骤具体为：将改性铂纳米颗粒加入炭黑分散液中，室温搅拌8～24h，调节pH至10～11，加入正硅酸乙酯和第二溶剂的混合溶液，进行搅拌反应，经抽滤、洗涤、干燥后进行一次焙烧，降至室温后，进行二次焙烧，得到无定型多孔二氧化硅包覆的Pt/C催化剂。

本发明的第二方面提供了一种无定型多孔二氧化硅包覆的Pt/C催化剂，该无定型多孔二氧化硅包覆的Pt/C催化剂通过本发明第一方面提供的无定型多孔二氧化硅包覆的Pt/C催化剂的制备方法得到。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过在均匀负载的Pt颗粒表面包覆无定形多孔二氧化硅纳米层，一方面能够保护铂纳米颗粒，防止铂纳米颗粒在反应过程中发生团聚，有利于提高催化剂的稳定性；另一方面由于二氧化硅纳米层中多孔结构的存在，不会影响反应气体扩散到Pt表面的过程，也不影响碳载体的导电率，使催化剂具有较高的催化活性；本发明提供的方法不会破坏碳载体的结构，对碳载体的反应活性和导电率无影响。

附图说明

图1是本发明提供的无定型多孔二氧化硅包覆的Pt/C催化剂一实施方式的工艺流程图；

图2是本发明实施例1所得无定型多孔二氧化硅包覆的Pt/C催化剂的高倍透射电镜照片(36500倍)；

图3是实施例1、对比例1所得的Pt/C催化剂和Jonhson-Matthey公司商业化Pt/C催化剂在旋转圆盘电极上的氧还原线性扫描曲线，曲线1、2、3分别对应实施例1、对比例1所得的Pt/C催化剂和Jonhson-Matthey公司商业化Pt/C催化剂的氧还原线性扫描曲线。