一种燃料电池催化剂的制备方法
燃料电池是一种电化学发电装置，与常规电池不同，燃料电池能按电化学方式将燃料的 化学能连续地直接转化成电能，不受卡诺循环的限制。其能量转化效率高，且环境友好，被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电方式。燃料电池种类很多，其中质子交换膜燃料电池 (PEMFC)具有可室温快速启动、寿命长、比功率与比能量高等突出优点，因此适合作为便 携式电源和分布式电站。目前PEMFC所用阴极氧还原电催化剂主要为Pt/C。由于碳黑网状链堆积紧密，比表面积 大，是较为常用的碳载体。而碳纳米管作为新型催化剂的载体，具有良好的化学稳定性，耐 酸、耐氧化、耐高温、强度高，这使它在燃料电池阴极酸性环境和阳极氧化性很强的工作环 境下都能够长期稳定的存在，从而使催化剂铂颗粒有稳定的载体，不易脱落分离。同时，碳 纳米管的结构与石墨的片层结构相同，具有很强的导电性，减小电池的电压损耗，提高电池 的功率密度。由于碳纳米管自身重量轻，具有中空的结构，有极强的储氢性能，这将在一定 程度上增大铂催化剂表面氢气的浓度，加快电化学反应速度。
本发明的目的是提供一种操作简单、原料损耗低、担载活性组分分散良好的燃料电池用 催化剂的制备方法。技术方案如下：将经过预处理的载体碳溶解在水中，搅拌使其形成载体碳的悬浮液，再向其加入活性成 分的前驱体溶液和添加物前体金属盐溶液，搅拌0.5 — 3小时，再热处理1一5小时，冷却，即得。所述的预处理是将载体碳置于第一稀酸溶液中，磁力搅拌2 — 5小时，离心分离，水洗至 中性或无C1—，再将其加入到第二稀酸溶液中，油浴60 — 12(TC条件下磁力搅拌回流1一5小时 ，离心分离，水洗至中性，在70 — 85'C条件下真空干燥6 — 10小时，即得。所述的载体碳为纳米碳纤维、碳纳米管、XC-72附炭黑、碳微球、石墨或富勒烯中的一种所述第一稀酸溶液为盐酸、硫酸或硝酸；所述第二稀酸溶液为硫酸或硝酸。所述活性成分的前驱体溶液为铂酸、铂盐、铂的羰基化合物、铂胺络合物或其混合物； 所述的添加物前体金属盐溶液为I B、 VB、 VIB、 VHB、 WB族以及第IIIA、 IVA族的一种或一 种以上的金属盐的水溶性有机化合物。所述铂酸为氯铂酸；所述铂盐为氯铂酸钾和/或氯铂酸钠；所述铂的羰基化合物为乙酰 丙酮化铂；所述铂胺络合物为二亚硝基二胺铂和/或氯铂酸胺。所述I B水溶性化合物为氯金酸、氯化金或硝酸银；VB水溶性化合物为偏钒酸铵或七氟铌酸钾、VIB水溶性化合物为鸭酸钠或偏鸭酸铵；VHB水溶性化合物为硝酸铕；W水溶性化合物为硝酸锆、硝酸铑、氯化钴、三氯化钌、硝酸镍、氯铱酸或乙酸钯；第IIIA水溶性化合物 为苹果酸镧；IVA水溶性化合物为氯化锡、乙酸锡或四乙酸铅。所述的热处理是置于高压釜内，并将高压釜加热到180 — 25(TC。所述的活性成分为催化剂的10 — 60wt % 。
与现有技术相比，本发明原位化学还原法制备碳纳米管载铂燃料电池催化剂由于没有添 加任何还原剂，因而克服了还原剂毒性、操作流程复杂等缺陷，可以节省原材料，有利于环保。本发明方法制备的催化剂铂颗粒纳米级、分散性好，而且利用该方法能够实现催化剂的 大量制备，操作流程简单，容易控制。