专利名称：一种新型Pt-Te金属间化合物的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池用电催化剂Pt-Te金属间化合物的制备方法，属于燃料 电池材料科学技术领域和电催化领域。
背景技术：
燃料电池是一种通过电化学反应，直接将燃料的化学能转化为电能的发电装置， 它的发电过程不经过热机，因而不受卡诺循环的限制，具有能量转化效率高的特点。同时， 燃料电池还是一种洁净的、环境友好的发电方式，过程中不产生S02、NOx和悬浮物等有害 物，也不放出CO2温室气体。因此，它承载着人类实现高效率和零排放发电的梦想。迄今已研究开发出多种类型的燃料电池。目前最常用的分类方法是按照电解质的 不同进行划分的，主要分为五类碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、磷酸燃料电池、熔融 碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池。其中，质子交换膜燃料电池由于具有工作温度低、 结构简单紧凑，能量密度和功率密度比其他燃料电池更高，可快速启动、维护方便等优点， 可作为汽车动力电源和家庭电源，特别是用作各种电子器件如手机、笔记本电脑、其他数码 产品等电源。高效电催化剂的制备是燃料电池实现大规模应用的关键，Pt基金属间化合物由于 其特点而具有较其他电催化剂更优的催化活性、选择性及稳定性，开发新型高效Pt基金属 间化合物电催化剂对促进燃料电池研究的进步发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种质子交换膜燃料电池用电催化剂Pt-Te金属间化合 物的制备方法。该法制备工艺操作简单，且可控性强。本发明提出Pt-Te金属间化合物的制备方法，技术方案分为两步1)将含钼、碲的前驱体及载体超声分散于体积比为2 1的乙二醇和水的混合溶 液中，其中钼与碲的摩尔比分别为1 1或1 2，升温搅拌回流，调节溶液pH = 9，接着加 入还原剂，温度控制在130-160°C范围内，反应2-4h后过滤、洗涤、干燥，制得Pt1Te1/载体、 Pt2Te3/载体金属间化合物的前驱体；或者将负载型Pt/载体和含碲的前驱体超声分散于体积比为2 1的乙二醇和水 的混合溶液中，其中钼与碲的摩尔比分别为1 1，升温搅拌回流，调节溶液PH = 9，接着加 入还原剂，温度控制在130-160°C范围内，反应2-4h后过滤、洗涤、干燥，制得Pt1Te2/载体 金属间化合物的前驱体。2)将1)过程中制备的前驱体在还原气氛下低温400-700°C热处理0. 5-3h后得到
负载型Pt1Te1/载体、Pt1Te2/载体或Pt2Te3/载体金属间化合物。上述含碲前驱体为亚碲酸钠或亚碲酸，含钼前驱体为氯钼酸或氯钼酸铵，载体为 碳纳米管或)(C-72，载体质量根据需制备催化剂中钼的载量来确定，还原剂为水合胼、甲酸， 乙二醇和水的混合溶液为溶剂，溶液PH值通过氨水调节，热处理的还原气氛为氢气体积比为5%的配气，配气中的另一组分为惰性气氛氩气。本发明所制备得到的Pt1Te1/载体、Pt1Te2/载体或Pt2Te3/载体金属间化合物对 甲醇、甲酸、氧还原都具有良好的催化活性，适合质子交换膜燃料电池阴阳极电催化剂的要 求。
图1为本发明“二步法”制备PEMFC用电催化剂Pt-Te金属间化合物的流程图；图2为实施例1中制得的PEMFC用电催化剂金属间化合物Pt1Te1/载体的X射线 衍射图；图3为实施例2中制得的PEMFC用电催化剂金属间化合物Pt1I^2/载体的X射线 衍射图；图4为实施例3中制得的PEMFC用电催化剂金属间化合物Pt2I^3/载体的X射线 衍射图；图5为实施例1制得的PEMFC用催化剂金属间化合物Pt1Te1/载体在0. 5mo 1 L-1H2SO4氩气(a)、氧气(b)气氛下的电化学循环伏安曲线；图6为实施例1制得的PEMFC用催化剂金属间化合物Pt1Te1/载体在 0. Smoir1H2SO^O. 5mol L-1CH3OH氩气气氛下的电化学循环伏安曲线；图7为实施例1制得的PEMFC用催化剂金属间化合物Pt1Te1/载体在 0. Smoir1H2SO^O. 5mol L-1HCOOH氩气气氛下的电化学循环伏安曲线；图8为实施例2制得的PEMFC用催化剂金属间化合物Pt1I^2/载体在0. 5mo 1 L-1H2SO4氩气(a)、氧气(b)气氛下的电化学循环伏安曲线；图9为实施例2制得的PEMFC用催化剂金属间化合物Pt1Te 0. Smoir1H2SO^O. 5mol L-1CH3OH氩气气氛下的电化学循环伏安曲线；
图10为实施例2制得的PEMFC用催化剂金属间化合物Pt1Te 0. Smoir1H2SO^O. 5mol L-1HCOOH氩气气氛下的电化学循环伏安曲线；图11为实施例3制得的PEMFC用催化剂金属间化合物Pt2Te 0. SmolL-1H2SO4氩气(a)、氧气(b)气氛下的电化学循环伏安曲线；图12为实施例3制得的PEMFC用催化剂金属间化合物Pt2Te 0. Smoir1H2SO^O. 5mol L-1CH3OH氩气气氛下的电化学循环伏安曲线；图13为实施例3制得的PEMFC用催化剂金属间化合物Pt2Te 0. Smoir1H2SO^O. 5mol L-1HCOOH氩气气氛下的电化学循环伏安曲线；
具体实施例方式实施例1合成过程参见图1 将51. 8mg氯钼酸(H2PtCl6 6H20)与22. 2mg亚碲酸钠(Nii2TeO3) 加入体积比为2 1的150mL的乙二醇和水的混合溶液中，待溶解后加入50mg多壁碳纳 米管或XC-72超声分散均勻，转入三颈烧瓶，在130-160°C恒温回流搅拌的条件下用氨水调 节溶液PH = 9后加入2mL水合胼，130-160°C下反应2_4h后过滤、洗涤、干燥，干燥后接着 将制备得到的前驱体研磨后在还原气氛下(体积5%氢气+氩气)低温400-700°C热处理
2/载体在 2/载体在 3/载体在 3/载体在 3/载体在0. 5-3h后得到金属间化合物PtJe/CNTs (XC-72)电催化剂。其X射线衍射照片如图2所 示，将所得的PtJei/CNTsO(C-7》电催化剂制成工作电极，采用传统三电极体系，标准氢电 极为参比电极，玻碳片作为辅助电极，进行电化学测试，图5给出了其在0. SmolL-1H2SO4中 氩气饱和、氧气饱和条件下的循环伏安曲线，扫描速度为δΟπιν^Γ1，图6中给出了其在0. 5mol L-1H2SOfO. 5MCH30H中的循环伏安曲线，扫描速度为SOmViT1。图7中给出了其在0. 5mol L-1H2SOfO. 5MHC00H中的循环伏安曲线，扫描速度为SOmViT1。实施例2合成过程参见图1 将含有0. ImmolPt的负载型Pt/CNTs 0CC-72)与22. 2mg亚碲酸 钠(Na2TeO3)加入体积比为2 1的150mL的乙二醇和水的混合溶液中超声分散均勻，转入 三颈烧瓶，在130-160°C恒温回流搅拌的条件下用氨水调节溶液pH = 9后加入2mL水合胼， 130-160°C下反应2-4h后过滤、洗涤、干燥，干燥后接着将制备得到的前驱体研磨后在还原 气氛下(体积5%氢气+氩气)低温400-700°C热处理0. 5-3h后得到金属间化合物Pt1Te2/ CNTs(XC-72)电催化剂。其X射线衍射照片如图3所示，将所得的PtJe2/CNTS0(C-72)电催 化剂制成工作电极，采用传统三电极体系，标准氢电极为参比电极，玻碳片作为辅助电极， 进行电化学测试，图8给出了其在0. 5mol L-1H2SO4中氩气饱和、氧气饱和条件下的循环伏 安曲线，扫描速度为50H1VS-1，图9中给出了其在0. 5moir1H2S04+0. 5MCH30H中的循环伏安曲 线，扫描速度为δΟπιν Γ1。图10中给出了其在0. 5mol L_42S04+0· 5MHC00H中的循环伏安曲 线，扫描速度为50H1VS-1。实施例3合成过程参见图1 将51. 8mg氯钼酸(H2PtCl6 6H20)与44. ^ig亚碲酸钠(Nii2TeO3) 加入体积比为2 1的150mL的乙二醇和水的混合溶液中，待溶解后加入50mg多壁碳纳 米管或XC-72超声分散均勻，转入三颈烧瓶，在130-160°C恒温回流搅拌的条件下用氨水调 节溶液PH = 9后加入2mL水合胼，130-160°C下反应2_4h后过滤、洗涤、干燥，干燥后接着 将制备得到的前驱体研磨后在还原气氛下(体积5%氢气+氩气)低温400-700°C热处理 0. 5-3h后得到金属间化合物Pt2Te3/CNTs (XC-72)电催化剂。其X射线衍射照片如图4所示， 将所得的Pt2Te3/CNTsO(C-72)电催化剂制成工作电极，采用传统三电极体系，标准氢电极 为参比电极，玻碳片作为辅助电极，进行电化学测试，图11给出了其在0. SmolL-1H2SO4中氩 气饱和、氧气饱和条件下的循环伏安曲线，扫描速度为δΟπιν^Γ1，图12中给出了其在0. 5mol I^1H2SOdO. 5MCH30H中的循环伏安曲线，扫描速度为SOmVs—1。图13中给出了其在0. 5mol L-1H2SOfO. 5MHC00H中的循环伏安曲线，扫描速度为SOmViT1。实施例4合成过程参见图1 将51. 8mg氯钼酸(H2PtCl6 6H20)与22. 2mg亚碲酸钠(Nii2TeO3) 加入体积比为2 1的150mL的乙二醇和水的混合溶液中，待溶解后加入50mg多壁碳纳米 管或)(C-72超声分散均勻，转入三颈烧瓶，在130-160°C恒温回流搅拌的条件下用氨水调节 溶液PH = 9后加入甲酸溶液，130-160°C下反应2-4h后过滤、洗涤、干燥，干燥后接着将制 备得到的前驱体研磨后在还原气氛下(体积5%氢气+氩气)低温400-700°C热处理0. 5-3h 后得到金属间化合物Pt1Te1ZiCNTs (XC-72)电催化剂。实施例6合成过程参见图1 将44. 4mg氯钼酸铵((NH4)2PtCl6)与17. 8mg亚碲酸(H2TeO3)加入体积比为2 1的150mL的乙二醇和水的混合溶液中，待溶解后加入50mg多壁碳纳 米管或XC-72超声分散均勻，转入三颈烧瓶，在130-160°C恒温回流搅拌的条件下用氨水调 节溶液PH = 9后加入2mL水合胼，130-160°C下反应2_4h后过滤、洗涤、干燥，干燥后接着 将制备得到的前驱体研磨后在还原气氛下(体积5%氢气+氩气)低温400-70(TC热处理 0. 5-3h后得到金属间化合物PtJe/CNTs (XC-72)电催化剂。实施例7合成过程参见图1 将44. ^ig氯钼酸铵((NH4) 2PtCl6)与44. ^ig亚碲酸钠 (Na2TeO3)加入体积比为2 1的150mL的乙二醇和水的混合溶液中，待溶解后加入50mg多 壁碳纳米管或)(C-72超声分散均勻，转入三颈烧瓶，在130-160°C恒温回流搅拌的条件下用 氨水调节溶液PH = 9后加入甲酸溶液，130-160°C下反应2-4h后过滤、洗涤、干燥，干燥后 接着将制备得到的前驱体研磨后在还原气氛下(体积5%氢气+氩气)低温400-700°C热 处理0. 5-3h后得到金属间化合物Pt1Te1ZiCNTs (XC-72)电催化剂。实施例8合成过程参见图1 将含有0. ImmolPt的负载型Pt/CNTs 0CC-72)与22. 2mg亚碲 酸钠(Na2TeO3)加入体积比为2 1的150mL的乙二醇和水的混合溶液中超声分散均勻，转 入三颈烧瓶，在130-160°C恒温回流搅拌的条件下用氨水调节溶液pH = 9后加入甲酸溶液， 130-160°C下反应2-4h后过滤、洗涤、干燥，干燥后接着将制备得到的前驱体研磨后在还原 气氛下(体积5%氢气+氩气)低温400-700°C热处理0. 5-3h后得到金属间化合物Pt1Te2/ CNTs (XC-72)电催化剂。实施例9合成过程参见图1 将含有0. ImmolPt的负载型Pt/CNTs 0CC-72)与17. 8mg亚碲酸 钠(H2TeO3)加入体积比为2 1的150mL的乙二醇和水的混合溶液中超声分散均勻，转入 三颈烧瓶，在130-160°C恒温回流搅拌的条件下用氨水调节溶液pH = 9后加入2mL水合胼， 130-160°C下反应4h后过滤、洗涤、干燥，干燥后接着将制备得到的前驱体研磨后在还原气 氛下(体积5%氢气+氩气)低温400-700°C热处理0. 5-3h后得到金属间化合物Pt1Te2/ CNTs (XC-72)电催化剂。实施例10合成过程参见图1 将含有0. ImmolPt的负载型Pt/CNTs 0CC-72)与17. 8mg亚碲 酸钠(H2TeO3)加入体积比为2 1的150mL的乙二醇和水的混合溶液中超声分散均勻，转 入三颈烧瓶，在130-160°C恒温回流搅拌的条件下用氨水调节溶液pH = 9后加入甲酸溶液， 130-160°C下反应2-4h后过滤、洗涤、干燥，干燥后接着将制备得到的前驱体研磨后在还原 气氛下(体积5%氢气+氩气)低温400-700°C热处理0. 5-3h后得到金属间化合物Pt1Te2/ CNTs (XC-72)电催化剂。实施例11合成过程参见图1 将51. 8mg氯钼酸(H2PtCl6 6H20)与44. ^ig亚碲酸钠(Nii2TeO3) 加入体积比为2 1的150mL的乙二醇和水的混合溶液中，待溶解后加入50mg多壁碳纳米 管或)(C-72超声分散均勻，转入三颈烧瓶，在130-160°C恒温回流搅拌的条件下用氨水调节 溶液PH = 9后加入甲酸溶液，130-160°C下反应2-4h后过滤、洗涤、干燥，干燥后接着将制 备得到的前驱体研磨后在还原气氛下(体积5%氢气+氩气)低温400-700°C热处理0. 5-3h后得到金属间化合物Pt2Te3/CNTs (XC-72)电催化剂。实施例12合成过程参见图1 将44. 4mg氯钼酸铵((NH4)2PtCl6)与35. 6mg亚碲酸(H2TeO3) 加入体积比为2 1的150mL的乙二醇和水的混合溶液中，待溶解后加入50mg多壁碳纳 米管或XC-72超声分散均勻，转入三颈烧瓶，在130-160°C恒温回流搅拌的条件下用氨水调 节溶液PH = 9后加入2mL水合胼，130-160°C下反应2_4h后过滤、洗涤、干燥，干燥后接着 将制备得到的前驱体研磨后在还原气氛下(体积5%氢气+氩气)低温400-700°C热处理 0. 5-3h后得到金属间化合物Pt2I^3电催化剂。实施例13合成过程参见图1 将51. 8mg氯钼酸(H2PtCl6 6H20)与35. 6mg亚碲酸(H2TeO3)加 入体积比为2 1的150mL的乙二醇和水的混合溶液中，待溶解后加入50mg多壁碳纳米管 或)(C-72超声分散均勻，转入三颈烧瓶，在130-160°C恒温回流搅拌的条件下用氨水调节溶 液PH = 9后加入甲酸溶液，130-160°C下反应2-4h后过滤、洗涤、干燥，干燥后接着将制备 得到的前驱体研磨后在还原气氛下(体积5%氢气+氩气)低温400-700°C热处理0. 5-3h 后得到金属间化合物Pt2Te3/CNTs 0CC-72)电催化剂。
权利要求
1.一种新型Pt-Te金属间化合物的制备方法，其特征在于，包括以下两步1)将含钼、碲的前驱体及载体超声分散于体积比为2 1的乙二醇和水的混合溶液中， 其中钼与碲的摩尔比分别为1 1或1 2，升温搅拌回流，调节溶液pH = 9，接着加入还原 剂，温度控制在130-160°C范围内，反应2-4h后过滤、洗涤、干燥，制得Pt1Te1/载体、Pt2Te3/ 载体金属间化合物的前驱体；或者将负载型Pt/载体和含碲的前驱体超声分散于体积比为2 1的乙二醇和水的混 合溶液中，其中钼与碲的摩尔比分别为1 1，升温搅拌回流，调节溶液PH = 9，接着加入还 原剂，温度控制在130-160°C范围内，反应2-4h后过滤、洗涤、干燥，制得Pt1Te2/载体金属 间化合物的前驱体；2)将1)过程中制备的前驱体在还原气氛下低温400-700°C热处理0.5- 后得到负载 型Pt1Te1/载体、Pt1Te2/载体或Pt2Te3/载体金属间化合物。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，含碲前驱体为亚碲酸钠或亚碲酸，含钼前驱体 为氯钼酸或氯钼酸铵。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，载体为碳纳米管或)(C-72。
4.按照权利要求1的方法，其特征在于，还原剂为水合胼、甲酸。
5.按照权利要求1的方法，其特征在于，还原气氛为氢气体积比为5%的配气，配气中 的另一组分为惰性气氛氩气。
全文摘要
本发明公开了一种新型Pt-Te金属间化合物的制备方法，属于燃料电池材料科学技术领域和电催化领域。包括以下步骤1)将含铂、碲的前驱体及载体或者将负载型Pt/载体和含碲的前驱体超声分散于乙二醇的水溶液中，升温搅拌回流，调节pH＝9，加入还原剂，在130-160℃反应2-4h后过滤、洗涤、干燥，制得Pt-Te金属间化合物的前驱体；2)将前驱体在还原气氛下400-700℃热处理0.5-3h，得到Pt1Te1/载体、Pt1Te2/载体或Pt2Te3/载体金属间化合物。本发明的金属间化合物对甲醇、甲酸、氧还原都具有良好的催化活性，适合质子交换膜燃料电池阴阳极电催化剂的要求。
文档编号H01M4/90GK102133525SQ20111005293
公开日2011年7月27日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者刘淑珍, 夏定国, 安丽, 李翔 申请人:北京工业大学