为15wt% )，继续超声lh，搅拌2h，将溶液升温至130°C，N2气氛保护回流3h，冷却至室温，离心分离出产物，并且用大量的水洗几次，将产物置于真空烘箱中80°C真空干燥12h，即得具有高催化活性及高耐久性的以多孔碳纳米纤维为载体铂的含量为10wt%的铂基催化剂，如图3所示为制得的以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂铂含量为10%，Pt/PCNFs-10表面形貌，如图7所示为以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂电极表面形貌，如图8所示为以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂电极断面形貌，如图9所示为以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂电极断面形貌，该铂基催化剂，作为载体的多孔碳纳米纤维构成疏松的三维网状贯穿的结构，图1为多孔碳纳米纤维表面形貌，图2为多孔碳纳米纤维断面形貌，多孔碳纳米纤维的纤维平均直径为100纳米，孔径为5?100纳米，纤维长径比为5，在多孔碳纳米纤维上担载有金属铂；该以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂的催化活性:起峰电位比销炭催化剂提如100晕伏，销的利用率达到80%，远尚于现有技术的45%;该以多孔碳纳米纤维为载体的销基催化剂的耐久性:1000次循环后ECSA保持率达到50%，远高于现有技术的5%。
[0065]实施例15
[0066]本发明的一种具有尚催化活性及尚耐久性的以多孔碳纳米纤维为载体的钼基催化剂的制备方法，是由铂的前驱体通过化学还原的方法将铂以纳米颗粒的形式还原负载于碳载体多孔碳纳米纤维上，首先称取60mg的多孔碳纤维置于三口烧瓶中，加入60ml的硼氢化钠超声分散Ih形成均分分散的悬浮液，随后缓慢滴加加入一定量的氯铂酸钠水溶液(使得铂炭催化剂的铂载量为20wt% )，继续超声2h，搅拌2h，将溶液升温至130°C，N2气氛保护回流3h，冷却至室温，离心分离出产物，并且用大量的水洗几次，将产物置于真空烘箱中80°C真空干燥12h，即得具有高催化活性及高耐久性的以多孔碳纳米纤维为载体铂的含量为20wt%的铂基催化剂，如图5所示为制得的以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂铂含量为20%，Pt/PCNFs-20透射电镜图，该铂基催化剂，如图7所示为以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂电极表面形貌，如图8所示为以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂电极断面形貌，如图9所示为以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂电极断面形貌，作为载体的多孔碳纳米纤维构成疏松的三维网状贯穿的结构，图1为多孔碳纳米纤维表面形貌，图2为多孔碳纳米纤维断面形貌，多孔碳纳米纤维的纤维平均直径为1000纳米，孔径为5?100纳米，纤维长径比为30，在多孔碳纳米纤维上担载有金属铂；该以多孔碳纳米纤维为载体的销基催化剂的催化活性:起峰电位比销炭催化剂提如100晕伏，销的利用率达到80%，远高于现有技术的45% ;该以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂的耐久性:1000次循环后ECSA保持率达到50%，远高于现有技术的5%。如图11所示为不同催化剂ECSA耐久性，其中Pt/PCNFs-20为制得的以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂铂含量为20% ；Pt/Vulcan-20 为自制钼炭催化剂，钼含量为 20% ；JM-20 为 Johnson Matthey Corporat1nHiSPEC3000铂炭催化剂。
[0067]实施例16
[0068]本发明的一种具有尚催化活性及尚耐久性的以多孔碳纳米纤维为载体的钼基催化剂的制备方法，是由铂的前驱体通过化学还原的方法将铂以纳米颗粒的形式还原负载于碳载体多孔碳纳米纤维上，首先称取30mg的多孔碳纤维置于三口烧瓶中，加入80ml的甲酸超声分散Ih形成均分分散的悬浮液，随后缓慢滴加加入一定量的乙酸铂水溶液(使得铂碳催化剂的铂载量为60wt% )，继续超声2h，搅拌2h，将溶液升温至130°C，N2气氛保护回流3h，冷却至室温，离心分离出产物，并且用大量的水洗几次，将产物置于真空烘箱中80°C真空干燥12h，即得具有高催化活性及高耐久性的以多孔碳纳米纤维为载体铂的含量为40wt%的铂基催化剂，如图4所示为制得的以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂铂含量为40%，Pt/PCNFs-40透射电镜图，该具有高催化活性及高耐久性的以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂，如图7所示为以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂电极表面形貌，如图8所示为以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂电极断面形貌，如图9所示为以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂电极断面形貌，作为载体的多孔碳纳米纤维构成疏松的三维网状贯穿的结构，图1为多孔碳纳米纤维表面形貌，图2为多孔碳纳米纤维断面形貌，多孔碳纳米纤维的纤维平均直径为800纳米，孔径为5?100纳米，纤维长径比为8，在多孔碳纳米纤维上担载有金属铂；该以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂的催化活性:起峰电位比铂炭催化剂提前100毫伏，铂的利用率达到80%，远高于现有技术的45%;该以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂的耐久性:1000次循环后ECSA保持率达到50%，远高于现有技术的5 %，在以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂中，铂的含量为40wt %。
【主权项】
1.一种具有高催化活性及高耐久性的以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂，其特征是:所述以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂，作为载体的多孔碳纳米纤维构成疏松的三维网状贯穿的结构，在多孔碳纳米纤维上担载有金属铂；所述以多孔碳纳米纤维为载体的钼基催化剂的催化活性:起峰电位比钼炭催化剂提如100晕伏，钼的利用率达到80%;所述以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂的耐久性:1000次循环后ECSA保持率达到50%。
2.根据权利要求1所述的一种具有高催化活性及高耐久性的以多孔碳纳米纤维为载体的钼基催化剂，其特征在于，所述多孔碳纳米纤维上还担载有炭黑，且炭黑上负载有金属铂。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有高催化活性及高耐久性的以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂，其特征在于，所述多孔碳纳米纤维的纤维平均直径为100?1000纳米，孔径为5?100纳米，纤维长径比为5?30。
4.根据权利要求1或2所述的一种具有高催化活性及高耐久性的以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂，其特征在于，在以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂中，所述铂的含量为 1wt %?40wt%。
5.根据权利要求2所述的一种具有高催化活性及高耐久性的以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂，其特征在于，在以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂中，所述炭黑的含量< 50wt%。
6.一种具有尚催化活性及尚耐久性的以多孔碳纳米纤维为载体的钼基催化剂的制备方法，其特征是:将多孔碳纳米纤维与铂炭催化剂共同分散在分散剂中，超声处理后烘干，即得到以多孔碳纳米纤维为载体的以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂为异丙醇或甲醇；所述铂炭催化剂中钼含量为15wt%? 60wt%，其余为炭黑；所述钼炭催化剂的粒径20?40nm ;所述超声处理是指以50赫兹的频率超声处理0.5?4小时；所述烘干是指在40?120°C温度下烘6?12小时。
8.一种具有尚催化活性及尚耐久性的以多孔碳纳米纤维为载体的钼基催化剂的制备方法，其特征是:是由铂的前驱体通过化学还原的方法将铂以纳米颗粒的形式还原负载于碳载体多孔碳纳米纤维上。
9.一种以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂所制得的单电池，由膜电极组件置于阴阳极流场板间组成，其特征是:所述膜电极组件是由以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂喷涂于质子交换膜阴极侧和阳极侧经热压制得；膜电极组件电阻值为200-500欧姆。
10.根据权利要求9所述的单电池，其特征在于，所述喷涂的量为0.2-0.8mg-Pt/cm2；所述热压的温度为50-150°C。
【专利摘要】本发明涉及一种具有高催化活性及高耐久性的以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂及其制备方法，是一种采用由多孔碳纳米纤维构成疏松的三维网状贯穿的结构作为载体负载纳米铂颗粒的催化剂以提高催化剂催化活性及耐久性的方法及其用于质子交换膜燃料电池的应用。所述以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂，作为载体的多孔碳纳米纤维构成疏松的三维网状贯穿的结构，在多孔碳纳米纤维上担载有金属铂；所述以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂的催化活性：起峰电位比铂炭催化剂提前100毫伏，铂的利用率达到80％；所述以多孔碳纳米纤维为载体的铂基催化剂的耐久性：1000次循环后ECSA保持率达到50％。
【IPC分类】H01M4-88, H01M4-92, H01M8-10
【公开号】CN104752736
【申请号】CN201510080275
【发明人】李光, 宋健, 王洋, 江建明
【申请人】东华大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年2月13日