[发明专利]含硫铂碳催化剂在提高铂碳催化剂抗H2

说明书

本发明涉及电化学技术领域，公开了含硫铂碳催化剂在提高铂碳催化剂抗Hsubgt;2/subgt;S毒性中的应用。该含硫铂碳催化剂包括硫改性碳载体和负载于其上的铂金属，所述硫改性碳载体中的总硫含量大于或等于表面硫含量，以催化剂的总质量为基准，铂的质量分数为20‑70％。通过使用本发明的铂碳催化剂，可以实现催化剂抗Hsubgt;2/subgt;S毒性的提升。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及含硫铂碳催化剂在提高铂碳催化剂抗H₂S毒性中的应用，还涉及一种氢燃料电池的阳极反应方法和铂碳催化剂在燃料电池中的应用。

背景技术

铂碳催化剂是电催化领域的常用催化剂，是质子交换膜氢燃料电池中的阴阳极催化剂。Pt/C催化剂作为阳极催化剂时，虽然活性高，但抗毒性差，H₂中的痕量杂质H₂S在贵金属Pt表面产生强吸附，造成催化剂可累计的、不可逆的中毒。这就导致国标对于氢燃料电池所用氢气中H₂S的要求极高，需低于4ppb，从而造成氢气纯化的成本急剧增加。因此，抗H₂S毒性对用于质子交换膜燃料电池阳极催化剂至关重要。

由于H₂S对Pt的毒化作用过强，目前对抗H₂S毒性的催化剂研究很少，只能从控制氢气纯度入手。Energy Environ.Sci.,2018,11,166中通过在外部溶液中加入2,6-二乙酰基吡啶，利用该化合物在Pt表面的覆盖作用，起到阻挡Pt与H₂S接触的效果，从而提升催化剂抗H₂S毒性。但是，实际的应用过程中，难以实现在氢燃料电池中添加其他分子，因此，关键的还是开发自身具有抗H₂S毒性的催化剂。

发明内容

本发明的目的是制备可耐受H₂S毒性的含硫铂碳催化剂，解决目前没有有效的耐受H₂S毒性的Pt基催化剂的问题。本发明利用硫与Pt之间的强相互作用，通过对碳载体进行简单改性，制备硫改性碳载体，使载体与铂之间形成强相互作用，电子由Pt向载体转移，削弱Pt对H₂S的吸附，提升催化剂对H₂S的耐受性。

为了实现上述目的，本发明一方面提供含硫铂碳催化剂在提高铂碳催化剂抗H₂S毒性中的应用，所述含硫铂碳催化剂包括硫改性碳载体和负载于其上的铂金属，所述硫改性碳载体中的总硫含量大于或等于表面硫含量，优选总硫含量为表面硫含量的1.2倍以上，更优选1.5倍以上，以催化剂的总质量为基准，铂的质量分数为20-70％。

优选地，以催化剂的总质量为基准，铂的质量分数为20-60％，更优选为40-60％。

优选地，所述硫改性碳载体中的总硫含量为0.4-8质量％，优选为1-6质量％。

优选地，所述硫改性碳载体中的表面硫含量为0.1-6质量％，优选为0.5-4质量％。

优选地，所述硫改性碳载体为硫改性导电炭黑。

优选地，所述硫改性导电炭黑中的导电炭黑为EC-300J、EC-600JD、ECP600JD、VXC72、VXC72R、Black pearls 2000、PRINTEX XE2-B、PRINTEX L6和HIBLAXK 40B2中的一种或多种。

本发明第二方面提供一种氢燃料电池的阳极反应方法，该方法包括：在阳极反应条件下，使原料气中的H₂与含硫铂碳催化剂接触；其中，所述原料气中H₂S的含量为15ppm以下；所述含硫铂碳催化剂包括硫改性碳载体和负载于其上的铂金属，所述硫改性碳载体为硫改性导电炭黑，所述硫改性碳载体中的总硫含量大于或等于表面硫含量，优选总硫含量为表面硫含量的1.2倍以上，更优选1.5倍以上，以催化剂的总质量为基准，铂的质量分数为20-70％。