碳载铂催化剂的两种制备方法.pdf

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1、碳载铂催化剂的两种制备方法12万丽艳宋志远(1.安阳市高级技工学校,河南安阳455000；2.安阳化学工业集团有限责任公司，河南安阳455133)摘要：采用羟基铂酸为前驱体,通过沉淀转化工艺制备了铂担载量为20%(质量分数)的碳载铂催化剂。通过该方法制-备得到的催化剂中纳米铂颗粒的粒度细小均一(约2～9nm)、在载体上分布均匀、杂质Cl含量少。质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池测试表明,该方法制备的催化剂对H2氧化的催化性能与E-TEK商品催化剂相当,最高输出功率2密度达到1.34W/cm。

2、关键字：碳载铂；催化剂；制备方法1前言料质量比为1∶4),超声分散均匀后,滴入沉淀剂HAC,使铂以羟基铂酸的形式沉积出来,而后加高担载量碳载铂催化剂是目前质子交换膜入过量的甲酸钠作为还原剂,加热升温还原2h后燃料电池(ProtonExchangeMembraneFuel降至室温,过滤洗涤,将制得的催化剂放入真空烘Cell,简称PEMFC)的关键材料之一,实际应用箱中80℃烘干备用。以该方法制得的铂担载量为的燃料电池碳载铂电催化剂,铂担载量一般高达20%(质量分数,下同)的碳载铂催化剂记为Pt/C

3、(20%以上,较通常的化工用担载型催化剂(铂担载Grinm)。量低于5%)的制备难度要大很多,国内目前尚处于研发阶段,未形成生产能力,产品主要依赖进口。2.2表征燃料电池碳载铂催化剂中铂纳米颗粒粒度、粒按常规方法制备电镜样品,在JEM-2000FX度分布及杂质含量对催化剂的电催化性能和运行稳型透射电镜系统中观察催化剂的形貌,分析催化定性有很大的影响。当催化剂中金属Pt粒子的粒剂中金属铂纳米粒子的粒径及其在碳上的分布状度在2～5nm、粒子粒度分布窄、在炭上分散均匀,况,所用加速电压为200kV。以

4、铜靶为辐射源,采用催化剂中有害杂质(如Cl)含量少时,催化剂具有较MAC-21型衍射仪分析催化剂的物相组成和铂纳[1,2]好的活性和稳定性。碳载铂催化剂中Pt金属粒子米颗粒的平均粒径。通过JSM-6301型扫描电镜附的粒度、粒度分布及杂质含量的控制是催化剂制备带的X射线能谱仪(EDX)分析催化剂的化学成分。研究的难点和重点。采用PHI-5300/ESCA型X射线光电子谱仪XPS)对样品进行表面成分分析,分析样品表面的元素组2沉淀转化工艺制备碳载铂催化剂方法成、价态和相对含量。[3]用自主开发的H

5、2Pt(OH)6沉淀转化工艺制分别以铂载量为20%的自制催化剂Pt/备了铂担载量为20%的碳载铂催化剂,通过TEM、C(Grinm)和美国E-TEK公司生产的同类商品XRD、EDX、XPS等技术和手段对催化剂的物理化催化剂作为阳极催化剂,铂载量为40%的Pt/C(学特征进行了分析和表征,并组装PEMFC单电池JohnsonMatthy生产)作为阴极催化剂,组装H2-评价了催化剂的电化学性能。O2PEM-FC单电池,在ArbinFCT电子负载上2.1制备测量电池的放电曲线,评价催化剂的催化活性。相

6、2制备所用的碳载体为美国Cabot公司生产的关技术参数为:电极面积30cm、电极铂担载量0.82VulcanXC-72型碳黑,H2Pt(OH)6沉淀转化制mg/cm、质子交换膜为Nafion115(DuPontINC)、备碳载铂催化剂的一般过程是:将载体碳黑均匀分以纯氢为阳极燃料气体、纯氧为阴极气体、工作压力散在溶剂中,加入计量的羟基铂酸钠(Pt与C的投0.2MPa、电池工作温度75℃。96 

7、 2015年01月2015年01月 

8、 97理论·实践Theory·practise3化学还原法制备碳

9、载铂催化剂方法50mV/s。Pt/C-P催化剂对甲醇氧化的电催化性能要优化学还原法是一种最经典的制备催化剂的方于Pt/C-M和Pt/C-E催化剂。其性能好的原因法,其制备方法非常简单。缺点是制得的催化剂中是Pt/C-P催化剂中Pt晶粒的平均粒径较小,结晶分散性较差,对多组分的复合催化剂,各组分常会度较低,因此在活性碳上的分散度也好，反应速率发生分布不均匀的问题。同时,制得的催化剂的粒子的平均粒径比较大,催化活性较低。尽管如此,由对沉积结构有重要影响。金属沉积过程,可以认为于制备过程成本较低,工艺

10、简单,易于在实际的生由以下步骤组成:(1)化学反应生成金属原子;(2)产中得到应用。因而,对其制备工艺进行进一步的原子成核;(3)晶核生长成微粒;(4)微粒聚集，较快优化,以制备高分散性、具有较小的粒径的催化剂的反应速率有利于在成核阶段生成较多晶核。在前仍旧具有实际意义。驱体初始浓度相同的条件下,较多晶核的生成导致了单个粒子的最终生长尺寸相对较小。较为温和的3.1制备还原剂以较快的反应速率通常有利于生成较小的将60mgVulcanXC-活性碳、20mL三次蒸[4,5]且具有窄尺寸分布的纳米粒子。