碳基金属铂电催化剂及其制备方法

本发明涉及燃料电池催化剂领域，具体地，涉及一种碳基金属铂电催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、以氢为阳极燃料的质子交换膜燃料电池(pemfc)是一种以水为唯一产物(h2+1/2o2→h2o)的清洁能源输送系统，可以避免环境污染，其中，阳极发生氢氧化反应(hor)，产生氢离子和电子，阴极发生氧还原反应(orr)生成水。pemfc在工作过程中，需要高纯度氢气作为阳极燃料，以减少阳极室中铂的“co”中毒现象，析氢反应(her)则可以获得高纯氢气。

2、铂因其具有较高的电催化性能，是orr和her过程高效的催化剂。其中，作为her和orr过程的催化剂，铂用量均达到20-40wt％。但是，铂的储量有限，且价格高昂，影响其的实际应用，因此，需要通过提高铂原子的利用效率来降低铂负载量。碳基金属铂电催化剂则可以提升铂原子的利用率。

3、但是目前制备碳基金属铂电催化剂所采用的方法存在工序复杂、成本较高等问题，且获得的电催化剂中铂易团聚，导致其粒径较大、分布不均匀，导致碳基金属铂电催化的催化性能降低。

4、因此，目前的碳基金属铂电催化剂制备方法仍有待改进。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备碳基金属铂电催化剂的方法，包括以下步骤：

3、(1)对碳材料进行辐照处理，以获得辐照碳材料；

4、(2)将所述辐照碳材料分散在第一溶剂中，以获得第一分散液；

5、(3)将所述第一分散液与含铂前驱体的溶液混合，以形成第二分散液；

6、(4)对所述第二分散液进行加热，以获得碳基金属铂电催化剂。

7、本发明的方法，通过对碳材料进行辐照处理，使碳材料表面产生缺陷，一方面，这些缺陷为铂提供丰富的形核位点，使材料更易接触，有利于提升铂在碳材料上的分散性，进而提升电催化剂的催化活性；另一方面，电催化剂中铂颗粒与碳材料之间的相互作用较强，使获得的电催化剂晶型更稳定，进一步提升电催化剂的催化活性。同时，该方法无需繁琐的步骤，操作简单，降低生产成本。

8、根据本发明的实施例，所述辐照为离子束辐照，所述离子束辐照的能量为0.5-8mev，所述离子束辐照的通量为1×1013-1×1015cm-2。

9、根据本发明的实施例，所述辐照为质子束辐照，所述质子束辐照的能量为0.5-8mev，所述质子束辐照的通量为1×1013-1×1018cm-2。

10、根据本发明的实施例，所述辐照为电子束辐照，所述电子束辐照的能量为0.5-8mev，所述电子束辐照的通量为1×1013-1×1018cm-2。

11、根据本发明的实施例，所述第一分散液中，所述辐照碳材料与所述第一溶剂的质量比为1∶(1.3-3.0)。由此，通过控制辐照碳材料与第一溶剂在前述范围，以使辐照碳材料分散均匀。

12、根据本发明的实施例，所述碳材料包括炭黑、碳纳米管、石墨烯和石墨炔中的至少之一。

13、根据本发明的实施例，所述第一溶剂包括乙二醇、异丙醇和丙酮中的至少之一。

14、根据本发明的实施例，所述含铂前驱体的溶液中，铂前驱体的浓度为5-40wt％。

15、根据本发明的实施例，所述铂前驱体包括六氯合铂氢酸、氯铂酸钾、氯铂酸钠、氯铂酸铵、氯亚铂酸钾、氯亚铂酸钠和乙酰丙酮铂中的至少之一。

16、根据本发明的实施例，所述第二分散液中，所述辐照碳材料与铂前驱体中的铂元素的质量比为(2.5-19)∶1。由此，在提升碳基金属铂电催化剂催化性能的同时，降低pt的用量。

17、根据本发明的实施例，所述加热在搅拌下进行，且加热的温度为100-150℃，搅拌的速度为800-1000rpm，加热的时间为30-60min。

18、在本发明的第二个放方面，本发明提出由上述方法制备得到的碳基金属铂电催化剂。本发明的碳基金属铂电催化剂的晶型更稳定，且催化活性较高。

技术特征：

1.一种制备碳基金属铂电催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辐照满足以下条件中的一者：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一分散液中，所述辐照碳材料与所述第一溶剂的质量比为1∶(1.3-3.0)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳材料包括炭黑、碳纳米管、石墨烯和石墨炔中的至少之一。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一溶剂包括乙二醇、异丙醇和丙酮中的至少之一。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含铂前驱体的溶液中，铂前驱体的浓度为5-40wt％。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铂前驱体包括六氯合铂氢酸、氯铂酸钾、氯铂酸钠、氯铂酸铵、氯亚铂酸钾、氯亚铂酸钠和乙酰丙酮铂中的至少之一。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二分散液中，所述辐照碳材料与铂前驱体中铂元素的质量比为(2.5-19)∶1。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热在搅拌下进行，且加热的温度为100-150℃，搅拌速度为800-1000rpm，加热的时间为30-60min。

10.由权利要求1-9任一项所述的方法制备的碳基金属铂电催化剂。

技术总结
本发明属于燃料电池催化剂领域，公开了碳基金属铂电催化剂及其制备方法。该方法包括以下步骤：(1)对碳材料进行辐照处理，以获得辐照碳材料；(2)将所述辐照碳材料分散在第一溶剂中，以获得第一分散液；(3)将所述第一分散液与含铂前驱体的溶液混合，以形成第二分散液；(4)对所述第二分散液进行加热，以获得碳基金属铂电催化剂。本发明的方法制备的电催化剂晶型更稳定，且催化活性较高。同时，该方法无需繁琐的操作步骤，操作简单，降低生产成本。

技术研发人员：付恩刚,杜进隆,韦祎
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12