一種炭載鉑催化劑的製備方法與流程

2024-04-07 21:20:05

本發明屬於催化劑製備技術領域，具體涉及一種炭載鉑催化劑的製備方法。

背景技術：

鉑是貴金屬元素，也是稀有元素，其耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、活性大、選擇性高，穩定性好等特點，尤其具有催化活性，常常在工業做催化劑使用，其催化效率高、不會造成環境汙染而被人們所喜愛，但是有關鉑的催化劑惰性強，分離提純都十分困難，常常提純效果不佳。炭載鉑催化劑是目前燃料電池的關鍵材料，實際應用的燃料電池炭載鉑催化劑中的鉑納米顆粒粒度、粒度分布及雜質含量對催化劑的催化性能和穩定性能都有很大的影響，化學還原法是一種經典的催化劑製作方法，其製備方法非常簡單，但是也存在很大的缺陷，製得的催化劑分散性差，同時催化劑晶粒的平均粒徑較大，催化活性較低；常用的炭載鉑催化劑的製備中以甲醇為還原劑，直接添加，易造成溶液局部過濃現象，從而使催化劑微粒聚集機率上升；因此，針對上述問題提出一種炭載鉑催化劑的製備方法。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種炭載鉑催化劑的製備方法，解決了現有炭載鉑催化劑晶粒粒徑大、催化活性低的問題。

本發明所採用的技術方案為，一種炭載鉑催化劑的製備方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1，稱取預處理後的活性炭與一定倍量純水混合均勻後，在溫度為20℃～30℃條件下攪拌滴加H2PtCl6溶液，然後超聲震蕩30min，完畢後，進行脫氧處理，得混合液；

步驟2，向步驟1所得混合液中分別滴加還原劑和Na2CO3溶液，同時持續向混合液通入高純度氮氣，滴加完畢後攪拌1～2h，然後冷卻、離心分離，用純水洗滌濾餅至洗滌液中無氯離子存在，離心機甩幹，即得炭載鉑催化劑。

本發明的特徵還在於，

步驟1中，活性炭的預處理過程為：將粒度為200～300目、比表面積為800～1200m2/g、平均孔半徑大於1.5nm的活性炭用硝酸溶液回流，然後用純水洗滌至洗滌液的pH為6～7，乾燥後，即得預處理的活性炭。

步驟1中，活性炭與純水的用量比為1:10～20，H2PtCl6溶液的濃度為2％～5％，活性炭與H2PtCl6的用量比為1:0.25～2.5。

步驟1中，脫氧處理的具體過程為：在60℃～70℃水浴環境中攪15～30min，同時向其中通高純度氮氣去除溶液中的氧氣。

步驟2中，Na2CO3溶液的濃度為10％，Na2CO3溶液與H2PtCl6的用量比為1.1～1.2:3。

步驟2中，還原劑為多聚甲醛，多聚甲醛的濃度為4％，多聚甲醛與H2PtCl6的用量比為1:10～12。

本發明的有益效果是，採用多聚甲醛為還原劑，還原效果高於甲醇，且反應速率快有利於生成粒徑較小的粒子，使催化劑微粒聚集機率降低；製備的催化劑分散性高、粒徑小；本發明方法成本低、工藝簡單、易於在實際的生產中得到應用。

附圖說明

圖1為利用本發明一種炭載鉑催化劑的製備方法所得炭載鉑催化劑的透射電鏡圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

本發明一種炭載鉑催化劑的製備方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1，將粒度為200～300目、比表面積為800～1200m2/g、平均孔半徑大於1.5nm的活性炭用濃度為1％～10％的硝酸溶液回流處理1h～3h，然後用純水洗滌回流處理後的活性炭至洗滌液的pH為6～7，乾燥，得到預處理的活性炭載體。

步驟2，稱取預處理後的活性炭與一定倍量純水混合均勻後，在溫度為20℃～30℃條件下攪拌滴加H2PtCl6溶液，然後超聲震蕩30min，在60℃～70℃水浴環境中攪拌15～30min，同時向其中通高純度氮氣去除溶液中的氧氣，得混合液；其中，H2PtCl6溶液的濃度為2％～5％，活性炭與純水的用量比為1:10～20，活性炭與H2PtCl6的用量比為1:0.25～2.5。

步驟3，維持水浴溫度，向步驟2所得混合液中分別以1～5ml/min的速度，滴加濃度為4％的多聚甲醛(多聚甲醛的用量與步驟1中H2PtCl6的用量比為1:10～12)與濃度為10％的Na2CO3溶液(Na2CO3溶液用量與步驟1中H2PtCl6的用量比為1.1～1.2:3)，同時持續向混合液通入高純度氮氣，滴加完畢後繼續攪拌1～2h，然後冷卻、離心分離，用純水洗滌濾餅至洗滌液中無氯離子存在，離心機甩幹，即得炭載鉑催化劑。

實施例1

步驟1，將粒度為200目、比表面積為800m2/g、平均孔半徑大於1.5nm的活性炭用濃度為1％的硝酸溶液回流處理3h，然後用純水洗滌回流處理後的活性炭至洗滌液的pH為7，乾燥，得到預處理的活性炭載體。

步驟2，稱取步驟1處理後的活性炭，將其與水混合均勻後，在溫度為20℃條件下，向其中滴加濃度為2％的H2PtCl6溶液，隨後超聲震蕩30min，在60℃水浴環境中攪拌15min，同時向其中通高純度氮氣去除溶液中的氧氣，得混合液；其中，活性炭與純水的用量比為1:10，活性炭與H2PtCl6的用量比為1:0.25。

步驟3，維持水浴溫度，向步驟2所得混合液中分別以1ml/min的速度滴加濃度為4％的多聚甲醛(多聚甲醛的用量與步驟1中H2PtCl6的用量比為1:10)與濃度為10％的Na2CO3溶液(Na2CO3溶液用量與步驟1中H2PtCl6的用量比為1.1:3)，同時持續向混合液通入高純度氮氣，滴加完畢後繼續攪拌1h，然後冷卻、離心分離，用純水洗滌濾餅至洗滌液中無氯離子存在，離心機甩幹，即得炭載鉑催化劑。所得炭載鉑催化劑的透射電鏡圖如圖1所示。

實施例2

步驟1，將粒度為300目、比表面積為1200m2/g、平均孔半徑大於1.5nm的活性炭用濃度為10％的硝酸溶液回流處理1h，然後用純水洗滌回流處理後的活性炭至洗滌液的pH為6，乾燥，得到預處理的活性炭載體。

步驟2，稱取處理後的活性炭，將其與水混合均勻後，在溫度為30℃條件下，向其中滴加濃度為5％的H2PtCl6溶液，隨後超聲震蕩30min，在70℃水浴環境中攪拌30min，同時向其中通高純度氮氣去除溶液中的氧氣，得混合液；其中，活性炭與純水的用量比為1:20，活性炭與H2PtCl6的用量比為1:2.5。

步驟3，維持水浴溫度，向步驟2所得混合液中分別以5ml/min的速度，滴加濃度為4％的多聚甲醛(多聚甲醛的用量與步驟1中H2PtCl6的用量比為1:12)與濃度為10％的Na2CO3溶液(Na2CO3溶液用量與步驟1中H2PtCl6的用量比為1.2:3)，同時持續向混合液通入高純度氮氣，滴加完畢後繼續攪拌2h，然後冷卻、離心分離，用純水洗滌濾餅至洗滌液中無氯離子存在，離心機甩幹，即得炭載鉑催化劑。

實施例3

步驟1，將粒度為250目、比表面積為1000m2/g、平均孔半徑大於1.5nm的活性炭用濃度為6％的硝酸溶液回流處理2h，然後用純水洗滌回流處理後的活性炭至洗滌液的pH為6.5，乾燥，得到預處理的活性炭載體。

步驟2，稱取處理後的活性炭將其與水混合均勻後，在溫度為25℃條件下，向其中滴加濃度為3％的H2PtCl6溶液，隨後超聲震蕩30min，在65℃水浴環境中攪拌20min，同時向其中通高純度氮氣去除溶液中的氧氣，得混合液；其中，活性炭與純水的用量比為1:15，活性炭與H2PtCl6的用量比為1:1.2。

步驟3，維持水浴溫度，向步驟2所得混合液中分別以3ml/min的速度，滴加濃度為4％的多聚甲醛(多聚甲醛的用量與步驟1中H2PtCl6的用量比為1:11)與濃度為10％的Na2CO3溶液(Na2CO3溶液用量與步驟1中H2PtCl6的用量比為1.2:3)，同時持續向混合液通入高純度氮氣，滴加完畢後繼續攪拌1.5h，然後冷卻、離心分離，用純水洗滌濾餅至洗滌液中無氯離子存在，離心機甩幹，即得炭載鉑催化劑。

本發明採用多聚甲醛為還原劑，還原效果高於甲醇，提高了還原速度和效率，且反應速率快有利於生成粒徑較小的粒子；添加Na2CO3把還原劑多聚甲醛調成鹼性，而H2PtCl6溶液為較強酸性，這樣能夠保證在添加還原劑的初始階段的還原反應速率不會太快，消除了由於還原劑來不及擴散產生的局部過濃現象造成的催化劑微粒聚集現象，從而使催化劑微粒聚集機率降低，以簡單、快速、高速的方法制的催化劑，有很好的應用前景適合推廣使用。