[发明专利]一种铂碳催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种用于氢燃料电池阳极氢氧化反应或阴极氧还原反应的铂碳催化剂，其特征在于，在其XPS分析的N_1s谱峰中，除399ev～400.5ev之间有特征峰外，在395ev～405ev之间没有其他的特征峰；所述铂碳催化剂的载体为氮掺杂导电炭黑；以催化剂的质量为基准，铂的质量分数为20%～70%；

所述的氮掺杂导电炭黑由以下方法制得：

（1）浸渍氮源的步骤：将碳材料与氮源水溶液混合，浸渍，得到浸渍上氮源的碳材料；所述碳材料为导电炭黑；所述氮源为氨水；

（2）制造氮掺杂碳材料的步骤：将（1）中所得浸渍上氮源的碳材料，在惰性气体中，以8℃/min～15℃/min的速率升温至1150℃～1500℃，然后恒温处理0.5h～10h，得到氮掺杂碳材料。

2.按照权利要求1所述的铂碳催化剂，其特征在于，以催化剂的质量为基准，铂的质量分数为40%～70%。

3.按照权利要求1所述的铂碳催化剂，其特征在于，所述铂碳催化剂的电阻率10Ω·m。

4.按照权利要求1所述的铂碳催化剂，其特征在于，所述导电炭黑为EC-300J、EC-600JD、ECP600JD、VXC72、Black pearls 2000、PRINTEX XE2-B、PRINTEX L6或HIBLAXK40B2。

5.一种权利要求1所述铂碳催化剂的制备方法，包括：

（1）浸渍氮源的步骤：将碳材料与氮源水溶液混合，浸渍，得到浸渍上氮源的碳材料；所述碳材料为导电炭黑；所述氮源为氨水；

（2）制造氮掺杂碳材料的步骤：将（1）中所得浸渍上氮源的碳材料，在惰性气体中，以8℃/min～15℃/min的速率升温至1150℃～1500℃，然后恒温处理0.5h～10h，得到氮掺杂碳材料；

（3）负载铂的步骤，包括：（a）将（2）中得到的氮掺杂碳材料与铂前驱体分散在水相中，调节pH为8～12；（b）加入还原剂进行还原；（c）分离出固体，经后处理得到所述的铂碳催化剂。

6.按照权利要求5所述的制备方法，其特征在于，（2）中，所述恒温处理的温度为1150℃～1450℃。

7.按照权利要求5所述的制备方法，其特征在于，氮源质量按其所含氮元素的质量计，所述碳材料与氮源的质量比为30：1～1：2。

8.按照权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述导电炭黑为EC-300J、EC-600JD、ECP-600JD、VXC72、Black pearls 2000、PRINTEX XE2-B、PRINTEX L6或HIBLAXK 40B2。

9.按照权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料的XPS分析中，氧质量分数大于4%。

10.按照权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料的电阻率10Ω·m。

11.按照权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述铂前驱体为氯铂酸、氯铂酸钾或氯铂酸钠；所述铂前驱体的浓度为0.5mol/L～5mol/L。

12.按照权利要求5所述的制备方法，其特征在于，（b）中，所述还原剂为柠檬酸、抗坏血酸、甲醛、甲酸、乙二醇、柠檬酸钠、水合肼、硼氢化钠或丙三醇中的一种或几种；所述还原剂与铂的摩尔比为2～100；还原温度为50℃～150℃；还原时间为2h～15h。

13.一种用于氢燃料电池阳极氢氧化反应或阴极氧还原反应的铂碳催化剂，其特征在于，该催化剂由权利要求5～12中的任一方法制得。

14.一种氢燃料电池，其特征在于，所述氢燃料电池的阳极和/或阴极中，使用了权利要求1～4和13中的任一铂碳催化剂。