[发明专利]一种燃料电池用Pt-M球状催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池用Pt‑M球状催化剂的制备方法，选取SiO₂与PDDA加入到纯水中分散后离心分离，然后将分出的粉末与Pt(acac)₂以及金属M的化合物加入到四甘醇中，超声溶解。加热反应后，离心分离并用酒精清洗，然后室温干燥。最后去除SiO₂，获得Pt‑M球状催化剂。本发明制备的燃料电池用催化剂添加了合金M，降低了贵金属用量，减少成本，同时球状结构可以有效的增加催化剂比表面积，拥有更好的催化活性。

技术领域

本发明涉及催化剂生产技术领域，特别涉及一种燃料电池用Pt-M球状催化剂的制备方法。

背景技术

能源短缺，传统化石燃料消耗殆尽给人类带来了严峻的挑战，绿色新能源是有效解决能源危机的途径之一。其中，氢气因其对环境零污染，来源广泛而备受人们关注。而燃料电池是将氢能直接转化为电能的装置，其技术的发展可以有效的提高能量的转化效率。

燃料电池中主要发生的是氢氧化反应以及氧还原反应，这两类反应均需要在催化剂的催化下才能完成。当前燃料电池使用的催化剂主要为贵金属铂以及不同百分比的铂碳催化剂。但在整个反应中，由于氧还原反应有着缓慢的反应动力学，制约了燃料电池转化效率。通常需要大量的催化剂进行催化，但由于铂昂贵的价格和较低的储量限制了整个电池商业化使用的进程。因此，制备低载量高活性的催化剂是使催化剂商业化的重要手段。

由于现阶段综合催化性能和使用寿命来看，Pt仍然是不可替代的。然而纯Pt或PtC催化剂存在着明显的缺陷：一是普通Pt催化剂容易发生团聚，团聚后比表面积减少，降低催化活性；二是当电池停启时容易造成C的腐蚀，导致PtC上的Pt更大范围的团聚，降低活性同时还会减少催化剂使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池用Pt-M球状催化剂的制备方法，工艺简单成本可控。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种燃料电池用Pt-M球状催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将SiO₂粉末、纯水与PDDA混合，并超声分散；

（2）离心分离后得到的固体粉末，将100mg固体粉末加入到100-150mL醇中进行超声分散得醇分散液；

（3）将Pt(acac)₂和金属M的化合物的混合物100mg-500mg加入到步骤（2）所得醇分散液中，再次超声分散；

（4）将步骤（3）所制备的液体转移到三口瓶中，加热进行冷凝回流，冷却至室温；

（5）采用乙醇对步骤（4）所制备的液体进行离心清洗，然后在室温下干燥获得粉末；

（6）将步骤（5）干燥得到的粉末加入到NaOH溶液中，60℃-80℃下搅拌1-4小时去除SiO₂，获得Pt-M合金催化剂溶液；

（7）将Pt-M合金催化剂溶液使用去离子水离心清洗后超声分散，并在室温下干燥获得Pt-M球状催化剂。

本发明中，Pt和金属M的化合物都选择乙酰丙酮化合物，通过发明人研究发现，选用acac键合能高，Pt-M结合稳固，连接力好，更容易形成稳定的微球状，同时选用acac所形成的最终催化剂微球尺寸在300nm左右，但是其中的Pt颗粒的大小5-10nm左右，Pt颗粒的大小处于最佳发挥催化活性的状态。

作为优选，所述步骤（1）中SiO₂与PDDA的质量比为1:4-1:16，PDDA与纯水的质量比为1:17-1:30。本发明先采用PDDA（聚二烯丙基二甲基氯化铵）处理SiO₂，PDDA起到类似表面活性剂的效果，从而能让二氧化硅的表面产生活性点位用于Pt和金属M的附着。