[发明专利]一种Pt/(C-Pb)催化剂及其制备

说明书

技术领域

本发明涉及一种碱性介质中小分子醇氧化催化剂，具体的说涉及一种用于碱性燃料电池用小分子醇燃料氧化Pt/(C-Pb)催化剂；本发明还涉及上述Pt/(C-Pb)催化剂的制备方法。

背景技术

直接醇类燃料电池因具有能量转换效率高、环境友好、可持续发电等优点，而引起了人们广泛的关注。然而，目前的燃料电池商业化仍面临一定的挑战，其中之一是阳极醇类燃料氧化过程动力学过程缓慢。目前，醇类燃料电池最常用的催化剂是Pt/C，虽然其具有较高的催化活性，但是醇类氧化的中间产物类CO物种与Pt之间有较强的吸附作用，会使得活性位被占据而导致催化剂中毒，使催化活性和稳定性降低，因而开发具有较高的抗CO毒化、高催化活性和稳定性、成本低廉的催化剂具有重要的理论意义和应用价值。

文献（Journal of the American Chemical Society;2004,126,4043-4049）采用高温熔融的方法将金属Pt和Pb在密封真空的环境中进行高温熔融，恒温9-12小时后冷却至室温，再进行长时间煅烧形成纯净的金属间化合物，最终可铸造成电极进行电化学测试。实验结果表明，该类PtPb金属间化合物具有较高醇类电化学氧化活性。然而，该催化剂制备成本较高，制备过程需高温高真空的操作条件，且制备时间较长，对制备过程的条件控制比较苛刻。

文献（Journal oftheAmerican Chemical Society;2012,134,8655-8661）采用化学还原和原位电沉积的方法制备了Pt₄Pb/C、PtRuPb/C和Pt/C+Pb(Ⅱ)、Pt/C+Pb(Ⅳ)等催化剂，实验结果表明采用电沉积的方法制备的Pt/C+Pb(Ⅱ)、Pt/C+Pb(Ⅳ)催化剂在碱性介质中具有较高的催化乙醇氧化电催化活性。但是制备过程的电解液需要含Pb盐，同时需要进行电沉积的过程，制备过程繁琐，工艺复杂，所以实验条件仍需进一步优化改进。

综上所述，降低含铅铂基催化剂的制备成本，简化工艺过程对于直接醇类燃料电池的发展具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种应用于醇类燃料电池的小分子醇燃料电氧化催化剂及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下具体方案来实现：

一种Pt/(C-Pb)催化剂，Pt/(C-Pb)催化剂中Pb质量为催化剂总质量的0.05-10%；Pt质量为催化剂总质量的1-85%。

所述的Pt/(C-Pb)催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

a)碳载体的预处理：将碳粉均匀分散至HNO₃溶液中，70-120℃搅拌回流0.5-6h后，过滤、洗涤、干燥得处理后的碳载体；

b)C-Pb催化剂前体的制备：将步骤a)所得处理后的碳载体均匀分散到Pb(CH₃COO)₂、Pb(CH₃COO)₄、Pb(NO₃)₂中一种或两种的水溶液中，过滤、干燥后得吸附了Pb离子的催化剂前体，C-Pb；

c)Pt/(C-Pb)催化剂的制备：于水中加入步骤b)所得C-Pb催化剂前体和H₂PtCl₆，搅拌并调节pH值至7-9，混合均匀后升温至70-90℃，通入还原剂并反应0.5-5h，过滤、洗涤、干燥得Pt/(C-Pb)。

所述碳载体为XC-72、BP2000、乙炔黑、KB碳粉、碳纳米管、石墨、石墨烯中的一种或两种以上的混合物。

步骤a）中所述HNO₃的浓度为0.1-6M；碳粉于硝酸溶液中的质量浓度为15.4gL^-1。

步骤a）中所述干燥温度为60-120℃。

步骤b）中所述Pb离子于水溶液中的浓度为0.1mM-1M。

步骤c）中所述H₂PtCl₆水溶液的浓度为0.10-14.8mgmL^-1。

步骤c）中所述还原剂为甲醛、NaBH₄中一种或两种以上的混合物；所述甲醛的浓度为2-40%；所述NaBH₄的浓度为0.1mmolL^-1-1molL^-1。

与传统小分子醇氧化催化剂及催化剂制备方法相比，本发明具有如下优点：