[发明专利]三元碳负载钯锡铂纳米颗粒催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于有机小分子（乙醇、甲醇、甲酸等）液体燃料电催化氧化反应的三元碳负载钯锡铂纳米颗粒催化剂及其制备方法，尤其涉及一种燃料电池用高分散、低铂载量三元碳负载钯锡铂纳米颗粒催化剂及其制备方法，属于材料科学技术领域和电催化领域。

背景技术

燃料电池通过其阴、阳两电极上发生的电化学反应，直接将燃料的化学能转换为电能，具有能量转化率高、无污染、噪声低等优点，被认为是21世纪首选的洁净高效的发电技术，受到各国政府、企业、科研机构的重视。作为燃料电池核心部件的催化剂，更是燃料电池研究中的重中之重，目前燃料电池中所使用的主要为纯Pt/C和PtRu/C两种催化剂，由于铂价格昂贵，储量有限，且全球90%以上的铂资源分布在南非和俄罗斯，催化剂成本的居高不下是造成燃料电池价格昂贵的根本原因。为了促进燃料电池的商业化进程，如何在降低催化剂中铂含量的同时保持较高的活性，成为当代催化剂研究的一重大课题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于燃料电池催化剂领域的具有催化活性高、抗中毒性能好、节约贵金属、工艺简单、适用于大规模生产的碳载三元钯锡铂纳米催化剂及其制备方法。

本发明的三元碳负载钯锡铂纳米颗粒催化剂，所述催化剂是由纳米碳粉为载体，所负载金属钠米颗粒为钯、锡和铂的合金，所述金属纳米颗粒中钯与锡的原子比为1:1，铂原子与所述钯原子或锡原子比为0.001:1—0.8:1，所述催化剂中金属纳米颗粒含量为10wt.%—60wt.%，纳米碳粉的含量为40wt.%—90wt.%。 

所述载体为vulcan-72R纳米碳粉。

本发明的三元碳负载钯锡铂纳米颗粒催化剂的制备方法，包括如下步骤：

一、将钯锡原子比为1:1的钯盐和锡盐，以及铂原子含量相对于钯原子或锡原子比为0.001:1—0.8:1的铂盐，共同溶解于乙二醇中，超声搅拌10min—3h。

二、按照与步骤一所述溶液中钯盐、锡盐和铂盐对应金属总量的质量比为9:1—4:6称取纳米碳粉颗粒，放入浓度为0.1—0.5摩尔每升的柠檬酸溶液中，超声分散30min—5h，然后加入到步骤一溶液中，均匀搅拌并超声分散1—10h。

三、将摩尔量相对于步骤一所述溶液中钯盐、锡盐和铂盐总金属摩尔量6—10倍的硼氢化钠溶解于pH值在12—13之间的稀氢氧化钠水溶液中，搅拌均匀，制成还原剂溶液。

四、在恒温10—90℃下，将步骤三中得到的还原剂溶液缓慢滴加到步骤二所得到的溶液中，直至滴加完全，对所得到的混合液进行离心处理，将沉淀物用去离子水清洗3—5次，然后于30—150℃下蒸干，研磨后获得三元碳负载钯锡铂纳米颗粒催化剂。

上述步骤一所述钯盐为氯化钯、硝酸钯、醋酸钯、四氯钯酸铵、四氯钯酸钾中的一种或多种混合。

上述步骤一所述锡盐为氯化亚锡、硫酸亚锡中的一种或两种混合。

上述步骤一所述铂盐为氯铂酸钾、氯铂酸铵中的一种或两种混合。

所述载体为vulcan-72R纳米碳粉。

上述步骤四所述恒温条件为40—70℃。

上述步骤四所述还原剂溶液滴加速率在30滴每分钟—120滴每分钟，蒸干温度在50—80℃。

与现有技术相比本发明的有益效果为：

（1）该方法制备的碳负载三元钯锡铂纳米颗粒催化剂，不仅可以通过非贵金属锡的加入降低了贵金属的负载，而且通过锡亲氧的特性可以有效提高钯和铂的催化效率和抗中毒能力。

（2）化学还原过程中保持较高温度的恒温条件，可以有效促进三种金属原子的均匀合金化。

（3）将钯和少量铂通过第三组元锡很好的结合起来，有效利用了钯和铂的催化活性。

（4）采用乙二醇环境进行还原有利于形成纳米颗粒的高度分散、均匀分布。

（5）该方法工艺简单，操作简便，适合大规模制备三组元负载型燃料电池用催化剂材料。

附图说明

图1是实施例1中制得的三元碳负载钯锡铂纳米颗粒催化剂放大150000倍的透射电镜（TEM）照片。 

图2是实施例1中制得的三元碳负载钯锡铂纳米颗粒催化剂放大400000倍的透射电镜（TEM）照片。 

图3是实施例1中制得的三元碳负载钯锡铂纳米颗粒催化剂的化学成分谱图。

图4是实施例1中制得的三元碳负载钯锡铂纳米颗粒催化剂在1.0M乙醇与1.0M氢氧化钾的混合溶液中的循环伏安曲线，表现出明显的电催化氧化乙醇的活性。