制备铂碳催化剂的无机胶体方法

　　　　　　　　　　　　　　制备铂碳催化剂的无机胶体方法

　　燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，它直接将贮存在燃料与氧化剂中的化学能转化为电能。在环境与能源备受关注的今天，燃料电池的研究与开发越来越受到各国政府的重视。

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)具有能量转化效率高，比能量大，启动迅速和环境友好等一系列优点，是未来效率最高及最清洁的发电技术之一。膜电极(Membrane&Electrode Assembly，MEA)是PEMFC最关键的部件，是PEMFC电化学反应能高效进行的核心，膜电极通常由气体扩散层、催化剂层和质子交换膜组成。气体扩散层一般采用经聚四氟乙烯(PTFE)处理的碳纸或碳布。电催化剂采用负载型铂/碳(Pt/C)或铂-钌/碳(Pt-Ru/C)，它是目前氢/氧(H2/O2)或氢/空气(H2/air)PEMFC的首选高活性电催化剂。质子交换膜一般采用具有高的质子传导能力的全氟磺酸型质子交换膜(如美国杜邦公司的Nafion系列膜)。

电催化剂是使PEMFC中燃料和氧化剂分别完成氧化和还原反应不可缺少的条件。迄今为止，对于以氢为燃料的PEMFC，Pt仍然是催化活性最高，性能最稳定的电催化剂。在PEMFC环境下，Pt催化的氢、氧电极过程如下：

由于贵金属Pt的资源和价格问题，PEMFC一般采用负载型Pt/C催化剂，即将金属Pt颗粒负载在导电碳黑表面。为了满足PEMFC大电流工作的要求，所用Pt/C催化剂中Pt的载量高达20％～40％，且为了获得高的Pt利用率，要求催化剂中Pt的颗粒细小、分布均匀且无团聚现象。

传统的Pt/C催化剂制备方法主要有浸渍还原法、离子交换法、Bnnemann法、插层化合物合成法及有机胶体法等，用这些传统方法制备Pt/C催化剂存在很多问题：比如浸渍还原法和离子交换法制备的Pt/C催化剂Pt颗粒粒径较大，Pt粒子容易团聚；插层化合物合成法及Bnnemann法成本高，反应条件较为苛刻，制备过程复杂，而且产物中杂质含量相对较高；有机胶体法工艺条件难于控制，产品分离困难。为了解决上述问题，近年来许多研究者一方面对传统方法进行改进，如在浸渍还原法基础上改进的液相沉积还原法和多元醇法，在浸渍还原法的基础上发展而来的固相反应法等；另一方面利用一些新技术和新方法，如微乳液法、微波法和真空溅射法等。由于电催化剂的制备方法和制备工艺决定电催化剂的结构，进而影响其性能，因而Pt/C催化剂制备方法和工艺的研究一直是近几年质子交换膜燃料电池领域的研发热点。