一种高活性铂镍碳催化剂的制备方法与流程

本发明属于工业燃料电池催化剂技术领域，具体涉及一种高活性铂镍碳催化剂的制备方法。

背景技术

由于金属纳米颗粒具有独特的催化性能、光学性能和电子性能，金属纳米晶体的制备和应用受到了各种物理和化学领域的重视，特别是具有良好的氧还原能力，对于质子交换膜燃料电池的阴极反应具有优异的催化性能。

通过在碳基载体上使用多金属催化剂系统和有效分散铂来减少贵金属铂的用量并提高铂的利用率，同时致使铂和非贵金属之间产生协同作用，提高电催化活性。将一些金属(如铁、镍、钴、锡等)或金属化合物(如氧化镍、二氯化镍、硝酸镍)引入形成铂基的二元合金催化剂，其中大部分显示出良好的电催化活性、对碳水化合物的氧化能力和抗中毒能力，使其成为研究的热点。

传统的商用铂碳催化剂由于贵金属铂价格较高，铂颗粒利用率较低、催化剂颗粒尺度大小不一以及在载体上分散程度不同等问题导致催化剂成本较高、工艺复杂、催化剂稳定性较差等一系列问题，而这些问题都是限制广泛商业运用的重要因素。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高活性铂镍碳催化剂的制备方法，工艺简单、成本低廉、制得的铂镍碳催化剂颗粒较小、分布均匀且电化学活性比表面积高。

本发明提供了如下的技术方案：

一种高活性铂镍碳催化剂的制备方法，包括以下步骤：

s1：将氯铂酸、二氯化镍和碱溶于乙醇中，超声分散均匀，获得混合溶液；

s2：将炭黑溶于s1中获得的混合溶液中，超声分散均匀，获得前驱液；

s3：将还原剂类化合物溶于乙醇中获得混合溶液，然后再加入s2获得的前驱液中，搅拌进行反应，即可获得高活性铂镍碳催化剂。

优选的，所述s1中的碱为有机碱，所述碱为三乙胺、甲胺或乙胺中的一种。有机碱能够调节反应前驱体溶液的ph值，有效的限制铂纳米颗粒的团聚和过度生长。

优选的，所述s1中超声分散的时间为10-30min，超声分散的功率为30w-90w，使混合溶液分散均匀。

优选的，所述s1中氯铂酸与二氯化镍的摩尔比为3:1，此配比下制备的铂镍碳催化剂电化学活性面积和膜电极性能最优。

优选的，所述s1中的氯铂酸为六水合氯铂酸，二氯化镍为六水合二氯化镍。

优选的，所述s2中的炭黑为炭黑ec-600，能有效分散铂纳米颗粒，减小团聚，增大电化学活性面积。

优选的，所述s2中的炭黑与s1中的氯铂酸和二氯化镍的摩尔比为18:3:1。

优选的，所述s2中超声分散的时间为1小时，可使炭黑均匀分散于混合溶液中。

优选的，所述s3中的还原剂类化合物为硼氢化钠，可快速反应，合成时间短，还原性强，能够使铂和镍形成合金。

优选的，所述s3中搅拌反应的速率为1000rmp，搅拌反应的时间为1小时，使反应充分。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的高活性铂镍碳催化剂的制备方法，工艺简单，原料易得，成本低廉，适合大规模生产。

(2)本发明制得的高活性铂镍碳催化剂，颗粒较小、粒径分布均匀且电化学活性比表面积高。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是实施例1与对比例1的ecsa对比图；

图2是实施例2中获得的铂镍碳催化剂颗粒的tem图；

图3是实施例2中获得的铂镍碳催化剂颗粒的粒径分布图。

具体实施方式

实施例1

一种高活性20％铂镍碳催化剂的制备方法，其步骤如下：

s1：分别称取氯铂酸51.781mg、二氯化镍7.8mg和三乙胺50ul加入25ml的乙醇中溶解，将其置于功率为30w的超声装置中超声30min，获得混合溶液备用；

s2：称取碳黑ec-60076mg加入s1获得的混合溶液中，混合均匀后，超声1h后获得前驱液；

s3：称取硼氢化钠40mg加入5ml乙醇混合均匀，加入s2获得的前驱液中，在1000rpm的转速下，持续搅拌反应1h，经过滤、洗涤、干燥后得到高活性铂镍碳催化剂。

在上述相同的步骤和工艺下，改变三乙胺的加入量分别为10ul、20ul、30ul、45ul、50ul、55ul、60ul、70ul和200ul，获得9组高活性铂镍碳催化剂。

实施例2

一种高活性20％铂镍碳催化剂的制备方法，其步骤如下：

s1：分别称取氯铂酸51.781mg、二氯化镍7.8mg和甲胺50ul加入25ml乙醇中溶解，将其置于功率为60w的超声装置中超声30min，获得混合溶液备用；

s2：称取碳黑ec-60076mg加入s1获得的混合溶液中，混合均匀后，超声1h后获得前驱液；

s3：称取硼氢化钠40mg加入5ml乙醇混合均匀，加入s2获得的前驱液中，在1000rpm的转速下，持续搅拌反应1h，经过滤、洗涤、干燥后得到高活性铂镍碳催化剂。

实施例3

一种高活性20％铂镍碳催化剂的制备方法，其步骤如下：

s1：分别称取氯铂酸51.781mg、二氯化镍7.8mg和乙胺50ul加入25ml乙醇溶解，将其置于功率为90w的超声装置超声30min，获得混合溶液备用；

s2：称取碳黑ec-60076mg加入s1获得的混合溶液中，混合均匀后，超声1h后获得前驱液；

s3：称取硼氢化钠40mg加入5ml乙醇混合均匀，加入s2获得的前驱液中，在1000rpm的转速下，持续搅拌反应1h，经过滤、洗涤、干燥后得到高活性铂镍碳催化剂。

对比例1

传统20％铂镍碳催化剂的制备方法，其步骤如下：

s1：分别称取氯铂酸51.781mg、二氯化镍7.8mg，加入25ml乙醇溶解，将其置于超声中超声30min，备用；

s2：称取碳黑ec-60076mg加入上述溶液中，混合均匀后，超声1h后，1000rpm的转速下搅拌后得前驱液；

s3：称取硼氢化钠40mg加入5ml乙醇混合均匀，加入前驱液中，在1000rpm的转速下，持续搅拌反应1h，经过滤、洗涤、干燥后得到传统铂镍碳催化剂。

图1为实施例1(不同三乙胺的量)与对比例1(三乙胺量为0)的ecsa对比图，取扫描下限为0.25v的ecsa为参照值。从图中可以看出，对比例1获得的传统铂镍碳催化剂与实施例1获得的高活性催化剂相比，适量的加入三乙胺会大大提高催化剂的电化学活性面积，且当三乙胺的添加量为40-50ul时，ecsa较高。

图2为实施例2中获得的铂镍碳催化剂颗粒的tem图，由图可知，所制备的铂镍碳催化剂颗粒较小、均一性好。

图3为实施例2中获得的铂镍碳催化剂颗粒的粒径分布图，由图可知，所制备的铂镍碳催化剂颗粒较小，粒子直径主要分布于2nm-3nm之间，均一性好，且粒径分布均匀。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。