[发明专利]碳材料、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的阳极或阴极的铂碳催化剂，包括碳载体和负载于其上的铂金属，其特征在于，所述碳载体为硫氮磷掺杂导电炭黑，由以下方法制得：将在水溶液中浸渍了氮源和磷源后的导电炭黑干燥，与硫源混合均匀，然后置于管式炉中，在惰性气体中，以3℃/min～7℃/min的速率，将管式炉升温至400℃～900℃，然后恒温处理0.5h～10h，得到所述的硫氮磷掺杂导电炭黑；所述的硫源为单质硫，硫源的质量以其所含硫的质量计，所述导电炭黑与硫源的质量比为8：1～4：1；所述氮源为氨水和/或尿素，氮源的质量以其所含氮的质量计，所述导电炭黑与氮源的质量比为200：1～10：1；所述的磷源为磷酸、磷酸盐、焦磷酸盐、多聚磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐、亚磷酸盐和次磷酸盐中一种或几种，磷源的质量以其所含磷的质量计，所述导电炭黑与磷源的质量比为2000：1～20：1；

所述的硫氮磷掺杂导电炭黑，在其XPS分析的S_2P谱峰中，噻吩型硫的特征峰面积占160ev～170ev之间的特征峰总面积的90%以上；在其XPS分析的N_1s谱峰中，除398.5ev～400.5ev之间有特征峰外，在390ev～410ev之间没有其他的特征峰；在其XPS分析的P_2P谱峰中，在131ev～135ev之间有两个特征峰；

以所述铂碳催化剂的质量为基准，铂的质量分数为40％～70％。

2.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、ECP-600JD、VXC72、Black pearls 2000、PRINTEX XE2-B、PRINTEX L6或HIBLAXK40B2。

3.一种权利要求1所述铂碳催化剂的制备方法，包括：

（1）权利要求1所述的制造硫氮磷掺杂导电炭黑的步骤；

（2）以（1）中所得的硫氮磷掺杂导电炭黑为载体负载铂的步骤。

4.按照权利要求3所述的铂碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述负载铂的步骤包括：

（a）将（1）中得到的硫氮磷掺杂导电炭黑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。

5.按照权利要求4所述的铂碳催化剂的制备方法，其特征在于，（a）中，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。

6.按照权利要求4所述的铂碳催化剂的制备方法，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60℃～90℃；还原时间为4h～15h。

7.一种铂碳催化剂，其特征在于，由权利要求3～6中的任一方法制得。

8.一种氢燃料电池，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1～2和7中任一所述的铂碳催化剂。