[发明专利]一种含金属铂的碳基催化剂、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种含金属铂的碳基催化剂、制备方法及其应用，属于催化剂技术领域。其包括以下步骤：将含金属铂前驱体的溶液和预处理碳纤维加入到混合醇类还原剂中，并加入络合剂，在惰性气体气氛下进行加热还原，经离心抽滤、洗涤、干燥，得到含金属铂的碳基催化剂。本发明的含金属铂的碳基催化剂的制备方法，合成工艺简单、高效、易于放大，能有效进行大规模生产获得高质量的碳基催化剂，且适用于各种Pt的负载量，实用性更强。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，具体涉及一种含金属铂的碳基催化剂、制备方法及其应用。

背景技术

随着石化能源的日益枯竭和环境污染的日益加深，新能源的开发和利用成为目前新兴的热点行业。近年来，人们一直在努力探索既能零排放又具有较高能源利用率的利用方式。在众多的能源利用方式中，燃料电池因为具有环境污染少、又不受限于卡诺循环等优点，正受到越来越多的青睐。在氢氧化学能转化为电能的过程中，催化剂发挥着至关重要的地位。而现在市场上应用最广泛的就是铂基催化剂。

目前文献中已经报道了较多的铂基催化剂的合成方法，如浸渍法、高温焙烧法、真空溅射法、离子交换法、电化学沉积法、溶胶-凝胶法、气液相还原法、辉光放电等离子法、置换法、微波促进还原法等，这些工艺都具有各自的优缺点，但工程放大均存在一定问题，同时由于技术壁垒的存在，国外庄信万丰和田中贵的技术处于严格保密中，尚未有关于铂基催化剂放大制备技术的文献报导。高一致性、高批次稳定性催化剂的放大制备和批量生产是铂基催化剂合成技术的重点和难点。同时合成过程又要兼顾。

CN100488633C公布了一种用于燃料电池的碳载铂基催化剂及其制备方法，其还原剂采用乙二醇、丙三醇、1-3丙二醇的混合溶液，有机溶剂为乙二醇、丙三醇中的一种或两种与丙酮的混合溶液，通过混合溶液先将氯铂酸还原成铂的胶体，然后再加入碳材料搅拌24-48h，并通过HCl、H₂OSO₄或HNO₃的水溶液调节pH为1-4，超声、震荡、过滤得到Pt基催化剂，但此工艺的整套工艺流程时间较长，且工艺采用的是先还原再负载的工艺，铂基纳米颗粒同碳的作用力较弱。

CN10458801A公布了一种微波法与多元醇法结合而合成Pt/C催化剂的合成工艺和方法，其过程是先通过双氧水和异丙醇溶液加热处理碳黑，然后将碳黑、氯铂酸、去离子水，还原性多元醇混合分散，再进行微波加热，并通过喷雾干燥技术得到了具有高活性的催化剂。但此方法的缺点是微波合成法在工业放大方面尚未成熟，还需要进一步的研究。

专利CN102218331A介绍了一种碳基Pt纳米材料的制备方法，其过程是将活性碳在浓硫酸和浓硝酸中加热处理，然后通过乙二醇进行还原，得到PtC纳米催化剂，但此方法得到的催化剂，其ORR线性扫描曲线显示该催化剂的极限扩散电流密度未达到理论值，且稳定性并未考察，这说明了该合成方法的局限。

专利CN106129424B公布了一种高效、批量法生产燃料电池催化剂的专利，其过程是将有机弱酸和碳载体充分超声分散，并在200-400℃下加热20-40min，然后将碳载体加入至含有氯铂酸的乙二醇溶液中，用乙二醇的NaOH溶液调节pH至9-11，通过间歇微波法加热至100-120℃，得到Pt/C催化剂。

CN110252290A介绍了一种Pt/C纳米材料的制备方法,其过程是将Pt的乙二醇溶液和碳粉分散在乙二醇和环己酮的溶液中，超声分散1-3h，然后通过微波法还原得到Pt/C催化剂。但此类工艺的缺点是微波法不适用于工业生产，因而阻碍了放大应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种含金属铂的碳基催化剂、制备方法及其应用，以解决现有铂碳催化剂的合成方法中存在的局限性，导致其难以进行大规模生产；并且得到的铂碳催化剂其结构分散度较差，在实际应用中存在电化学反应稳定性差的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种含金属铂的碳基催化剂的制备方法，包括以下步骤：