[发明专利]一种制备铂-氧化锆复合催化电极材料的方法

说明书

本发明公开了一种制备铂‑氧化锆复合催化电极材料的方法，其中，该方法包括以下步骤：1)将氧氯化锆、乙酸钇、乙酸钙以及乙二醇进行搅拌混合得到氧化物溶胶前驱体；2)将纳米铂粉或其合金粉加入至所述金属氧化物溶胶前驱体中，并加入无机盐至溶液饱和，搅拌混合得到预混材料；3)将所述预混材料进行高温熔盐处理，然后冷却、水洗、干燥并研磨得铂‑氧化物复合粉末；4)加入乙基纤维素的粘合剂混合得铂‑氧化锆复合催化电极材料。本发明得到的铂‑氧化锆复合催化电极材料在高温烧结后，特别适合用于高温催化反应电极材料的制造中，能够充分而稳定发挥贵金属(铂或其合金)优异的催化活性，具有良好的应用价值和市场前景。

技术领域

本发明涉及金属-氧化物复合材料的制备，具体地，涉及一种铂-氧化锆复合催化电极材料的方法。

背景技术

贵金属纳米材料由于小尺寸效应而表现出的优异的催化活性使其在各个领域得到广泛应用，但是，也正因为小尺寸导致的大比表面积和大表面能，使得贵金属纳米材料极不稳定。在干燥和烧结过程中倾向于团聚以降低自身表面能。由于上述原因，目前贵金属纳米材料在传感器的制备过程中，广泛存在不稳定、成品率不高等缺陷。尤其作为氧传感器应用的铂基电极材料，为了实现高温(1400℃以上)与基底氧化锆生瓷膜实现共烧，且需要在烧结后仍能尽可能保持较高的表面积，因此需要尽可能减少此过程中的铂晶粒的集聚长大；同时，对于电解质型气体传感器，如氧化锆基氧传感器，其催化电极还需要获得更多的“氧化锆-铂-气体”三相界面，从而具有高的催化活性。

因此，如开发新型贵金属纳米材料以保持高温条件下的金属催化活性一直是电化学传感器材料设计中高度关注的研究课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备铂-氧化锆复合催化电极材料的方法，该方法通过溶胶-熔盐两步工艺得到分散均匀的铂基金属-氧化锆复合材料，高温烧结金属不易团聚，电极孔隙率和均匀性明显改善，用于高精度氧传感器的制造，具有良好的性能。

为了实现上述目的，本发明提供一种制备铂-氧化锆复合催化电极材料的方法，其中，该方法包括以下步骤：

1)将氧氯化锆、乙酸钇、乙酸钙以及乙二醇进行搅拌混合得到氧化物溶胶前驱体；

2)将纳米铂粉或其合金粉加入至所述氧化物溶胶前驱体，并加入无机盐至溶液饱和，搅拌混合得到预混材料；

3)将所述预混材料进行高温熔盐处理得铂-氧化锆复合粉末；

4)将得到的复合粉末，加入有机载体混合得铂-氧化锆复合催化电极材料。

在本发明中，优选情况下，在步骤1)中，氧氯化锆与乙酸钇、乙酸钙的摩尔用量比为1：0.01～0.1：0.01～0.1；相对于每克氧氯化锆与乙酸钇、乙酸钙的总重(氧氯化锆+乙酸钇+乙酸钙)，乙二醇的用量为20～30ml。步骤1)得到的氧化物溶胶前驱体以氧化锆为主成分。

在本发明中，进一步优选情况下，在步骤1)中，氧氯化锆与乙酸钇、乙酸钙的摩尔用量比为1：0.02～0.08：0.01～0.05；相对于每克氧氯化锆与乙酸钇、乙酸钙的总重，乙二醇的用量为25～30ml。

在本发明中，优选情况下，相对于1g氧氯化锆，所述纳米铂粉或其合金粉的用量为0.01～100g。在本发明中，所述纳米铂粉或其合金粉的平均粒径为10nm～10μm，所述合金粉为本领域常见的铂-金属合金粉，例如铂-金、铂-铑等。合金粉的用量以所含铂含量计。

在本发明的步骤2)中，所述无机盐可以为本领域常规的无机盐，例如所述无机盐例如可以为氯化钠或氯化钾。

在本发明中步骤(4)有机载体为本领域常用有机载体，例如由乙基纤维素溶于有机溶剂获得，溶剂选自醇类及醚类的一种或两种，其中所述醇类包括松油醇、丁基卡必醇醋酸酯一种或者两种混合，所述醚类包括二乙二醇丁醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚醋酸酯一种或者两种以上混合。混合方式可以采用三辊机进行，轧至规定规格。