用于燃料电池的铂碳类催化剂的固相还原制备方法
本发明提供了一种用于燃料电池的铂碳类催化剂的固相还原制备方法，步骤是将金属盐前驱体与络合剂加入到溶剂中，超声使其完全溶解；加入碱性物质，调节pH值为8～11；加入碳载体，超声0.5～1h，真空干燥；取出物料研磨后，加入到还原剂的水溶液中均匀浸渍，然后在90℃真空干燥3～5h；干燥后的物料经过研磨后，在氮气保护下140～160℃还原反应2～5h，继续通氮气冷却至室温；水洗至无氯离子，真空干燥，得到用于燃料电池的铂碳类催化剂，包括Pt/C、Pt-Ru/C、Pt-Mo-Si/C、Pt-Ru-Mo-Si/C、Pt/CNT、Pt-Ru/CNT、Pt-Mo-Si/CNT、Pt-Ru-Mo-Si/CNT。本发明方法简单，操作方便，成本低廉，环境友好，有利于添加促进剂，可用于制备高分散、高活性、强抗毒性的燃料电池铂碳类催化剂。
燃料电池是一种能够直接将燃料的化学能高效和清洁地转化成为电能的装置。其中，低温燃料电池如质子交换膜燃料电池（PEMFC)、直接醇燃料电池（DAFC)，具有工作温度低，启动快，能量转化效率高等特点，是未来电动汽车、野外电站、便携式电源的理想替代电源，是燃料电池优先发展的类型之一。催化剂材料，尤其是阳极催化剂，是这类燃料电池的关键材料。然而，目前使用的催化剂的性能不够高，导致贵金属用量过大和成本过高已成为影响PEMFC和DAFC燃料电池商业化的重要障碍。因此，提高催化剂中的铂利用率，增强催化剂的稳定性和抗中毒能力，是减少铂载量，降低燃料电池成本根本途径之一。从以往的研究来看，催化剂中的金属粒子粒径，结晶度，组分比例，合金化程度等多种因素都会对催化剂性能产生较大的影响，采用不同的制备方法，得到的催化剂由于结构因素的不同，对甲醇氧化的电催化性能也会有很大的差别。
近年来，研究人员尝试了用许多方法来制备燃料电池贵金属催化剂，如液相化学还原、气相还原法，B.nnemann法，溶胶法，高温合金化法，固相反应法等。美国专利20，030,017,378Al公开了通过液相还原制备贵金属Pt/C和:Pt-Ru/C等催化剂的一种方法。具体做法是：将碳黑悬浮分散在二次水中，在室温下搅拌30min，然后滴加H2PtCl6和RuCl3的溶液，继续搅拌，并且将悬浮液升温至沸腾，调节PH直到7，使金属盐均匀沉积在碳表面，之后再往其中加入酒石酸和还原剂肼，使金属盐还原，再洗涤，过滤，干燥后得到Pt-Ru/C催化剂，平均粒径为5〜6nm。不过该方法得到的催化剂分散性差，金属粒子的平均粒径较大。对多组分的复合催化剂，各组分常会发生分布不均匀的问题。S.Alerasool等（S.Alerasool，J. Catal. 124 (1990) 204)介绍了一种将Pt化合物浸渍或沉淀在活性炭或者其他载体上，用氢气高温还原获得催化剂的方法，称为气相还原法。具体做法是：将Pt(NH3)4(N03)2和Rll(NH3)6Cl3负载在二氧化硅上，以H2作为还原剂400。C下还原4hr，结果获得粒径为2.5〜3.0nm的Pt-Ru/Si02催化剂，但当首先在02气氛中热处理离1小时后，再在同样条件下H2还原，获得的金属粒子大小在1.0〜1.5腿之间。该方法设备要求较高，不利于大批量制备。H. Bnnemann等(H.BOnnemann，Angew, Chem. Int. Ed. Engl, 30 (1991) :1312)和美国专利5641723公开了一种制备纳米金属溶胶的方法。该方法将PtC和N(octyl)4Bet3H在有机介质中制备的Pt溶胶吸附在活性炭上，得到分散性较好、均一度较高的Pt/C催化剂。