專(zhuān)利名稱(chēng)：擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體催化劑制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在燃料電池、化工、石油、環(huán)境保護(hù)等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用極其廣泛的 擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體催化劑材料，為一種擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體催化劑制備 方法，可以獲得擔(dān)載于不同載體、不同粒徑的納米Pt(Pt-M)催化劑。
背景技術(shù)：
由于Pt及其Pt-M催化劑的廣泛應(yīng)用，并且現(xiàn)有的制備Pt(Pt-M)/載體方法存在不足， 使得對(duì)于制備Pt(Pt-M)/載體的研究，具有極其重要的實(shí)用價(jià)值。
目前制備Pt(Pt-M)/載體的主要方法有兩種1、浸漬還原法即用含有所需金屬元
素的化合物溶液浸泡載體，然后取出干燥，最后通過(guò)高溫在還原氣氛下還原得到所需金
屬單質(zhì)或合金。2、溶膠法即首先制備所需金屬單質(zhì)或金屬氧化物的溶膠，然后浸漬 載體，蒸干溶劑，即得到所需催化劑。
但上述兩種方法都存在固有缺點(diǎn)浸漬還原法最后階段需要在較高溫度下用還原氣 氛還原，費(fèi)時(shí)、浪費(fèi)能源且金屬微粒會(huì)長(zhǎng)大，催化活性下降；溶膠法需要首先制備微小 金屬顆粒，并制備成溶膠，工藝繁瑣，所需時(shí)間比較長(zhǎng)，且對(duì)金屬微粒的團(tuán)聚現(xiàn)象不易 控制。
綜上所述，現(xiàn)在急需發(fā)展一種快速簡(jiǎn)便有效的方法制備擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體 催化劑材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題是現(xiàn)有制備Pt(Pt-M)/載體方法存在不足，需要一種快速簡(jiǎn) 便有效的方法制備擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體催化劑材料。
本發(fā)明的技術(shù)方案是擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體催化劑制備方法，將載體通過(guò)超聲 波均勻分散于配制好的氯鉑酸溶液中得到懸浮液，然后用酸調(diào)節(jié)懸浮液到適當(dāng)?shù)膒H值， 得到用于電沉積超聲的懸浮液，也即電解液；將制備好的電解液注入施加超聲的雙鉑電 極電解槽中，在直流電持續(xù)作用下，可直接將塊體Pt(Pt-M)轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米Pt(Pt-M)顆粒， 得到均勻擔(dān)載于載體上的納米Pt(Pt-M)催化劑懸浮液；再將電沉積后所得催化劑懸浮液
分離，分離產(chǎn)物在4(TC真空干燥，得到擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體催化劑。
本發(fā)明用去離子水配制濃度》10—Sm(M;1的氯鉑酸溶液；載體的添加量可根據(jù)電解 液的濃度以及電沉積時(shí)間不同而調(diào)節(jié)，從而得到從0.1% 90%等不同Pt(Pt-M)擔(dān)載量 的催化劑；懸浮液的pH值范圍0.1 7.0;電解時(shí)電流密度范圍1 mA/cm2 1000 mA/cm2 電解時(shí)間1 6000min。通過(guò)調(diào)節(jié)電解液濃度、載體加入量、電流密度、電沉積時(shí)間、 超聲頻率、超聲功率等方法方便地調(diào)節(jié)納米Pt(Pt-M)顆粒的大小及Pt(Pt-M)金屬擔(dān)載量。
本發(fā)明中催化劑為納米Pt(Pt-M)，其中M指Au、 Ag、 Co、 Cr、 Cu、 Fe、 Ir、 Mn、 Ni、 Os、 Pd、 Ru、 Rh、 Re、 Ti、 V等金屬中的一種或多種金屬，載體為二氧化硅、氧 化鋁、炭黑、分子篩、石棉、氧化釷、氧化鋯、氧化鉻、氧化鎂、氧化鈽等中的一種或 多種。
本發(fā)明應(yīng)用了水溶液配置氯鉑酸溶液進(jìn)而得到用于電沉積超聲的電解液，而不是其 他有機(jī)電解液，從而大大降低了生產(chǎn)成本，有益于工業(yè)化生產(chǎn)；采用雙鉑電極，從而實(shí) 現(xiàn)了直接將塊體Pt(Pt-M)轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米Pt(Pt-M)顆粒；制備過(guò)程中通過(guò)合理的對(duì)調(diào)陰極與 陽(yáng)極的位置，可以延長(zhǎng)電極壽命，從而降低了生產(chǎn)成本。
本發(fā)明應(yīng)用電沉積超聲法，通過(guò)對(duì)電沉積和超聲工藝參數(shù)的改變及對(duì)載體添加量的 控制，制備納米Pt(Pt-M)/載體擔(dān)載型催化劑，直接將納米Pt(Pt-M)金屬顆粒擔(dān)載于載體 上，避免了其他方法的高溫還原或使用還原劑制備納米Pt(Pt-M)的缺點(diǎn)，并且不需要對(duì) 載體進(jìn)行單獨(dú)的活化或者改性處理，工藝簡(jiǎn)單、催化劑尺寸可調(diào)、無(wú)環(huán)境污染，電沉積 超聲法方法簡(jiǎn)便、快捷，產(chǎn)物性能可控，成本低廉，綠色環(huán)保，是一種簡(jiǎn)便、通用、易 于工業(yè)化大生產(chǎn)的方法；通過(guò)循環(huán)伏安曲線(xiàn)的測(cè)定，可看出本發(fā)明所制備的40%擔(dān)載型 納米Pt/C催化劑的性能上優(yōu)于世界領(lǐng)先地位的Johnson Matthey公司的40%擔(dān)載型納米 Pt/C催化劑。


圖1為本發(fā)明制備擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體催化劑材料的裝置示意圖。
圖2為實(shí)施例所制備的擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體催化劑的XRD譜。
圖3(a) (b)為實(shí)施例所制備的擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體催化劑在不同倍率下的TEM照片。
圖4為實(shí)施例所制備的炭黑載體的擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體催化劑的EDX圖。
圖5為實(shí)施例所制備的40%擔(dān)載型納米Pt/C催化劑和Johnson Matthey公司40%
擔(dān)載型納米Pt/C催化劑的循環(huán)伏安曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明用去離子水配制濃度》10'Smol七'1的氯鉑酸溶液，將載體通過(guò)超聲波均勻分 散于配制好的氯鉑酸溶液中得到懸浮液，然后用酸調(diào)節(jié)懸浮液到適當(dāng)?shù)膒H值，范圍 0.1 7.0，得到用于電沉積超聲的懸浮液，也即電解液，其中載體的添加量可根據(jù)所需 電解液的濃度以及電沉積時(shí)間不同而調(diào)節(jié)；將制備好的電解液注入施加超聲的雙鉑電極 電解槽中，電解時(shí)電流密度范圍1 mA/cm2 1000mA/cm2;電解時(shí)間1 6000min在 直流電持續(xù)作用下，可直接將塊體Pt(Pt-M)轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米Pt(Pt-M)顆粒，得到均勻擔(dān)載于 載體上的納米Pt(Pt-M)催化劑懸浮液；再將電沉積后所得懸浮液分離，分離產(chǎn)物在4(TC 真空干燥，得到擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體催化劑。通過(guò)調(diào)節(jié)電解液濃度、載體加入量、 電流密度、電沉積時(shí)間、超聲頻率、超聲功率等方法方便地調(diào)節(jié)納米Pt(Pt-M)顆粒的大 小及Pt(Pt-M)金屬擔(dān)載量，可得到從0.1 % 90%等不同Pt(Pt-M)擔(dān)載量的催化劑。
本發(fā)明中催化劑為納米Pt(Pt-M)，其中M指Au、 Ag、 Co、 Cr、 Cu、 Fe、 Ir、 Mn、 Ni、 Os、 Pd、 Ru、 Rh、 Re、 Ti、 V等金屬中的一種或多種金屬，載體為二氧化硅、氧 化鋁、炭黑、分子篩、石棉、氧化釷、氧化鋯、氧化鉻、氧化鎂、氧化鈰等中的一種或 多種。
以炭黑載體為例將炭黑(XC-72)通過(guò)超聲均勻分散于事先配制的氯鉑酸溶液中， 碳粉加入量為總重的0.1%，然后用酸調(diào)節(jié)懸浮液到適當(dāng)?shù)膒H值，得到用于電沉積的 懸浮液，即電解液，電解液濃度為5.09x10-3 mol/L;將制備好的電解液注入施加超聲 的雙鉑電極電解槽中，如圖1所示，電流密度20 mA/cm2，超聲電沉積時(shí)間lh，在直 流電持續(xù)作用下，得到均勻擔(dān)載于載體上的納米Pt催化劑懸浮液，將電解后的催化劑 懸浮液分離，分離產(chǎn)物在4CTC真空干燥，最終得到炭黑載體的擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載 體催化劑。圖2所示為所得到催化劑的XRD譜，從該圖譜中通過(guò)謝樂(lè)公式計(jì)算所得Pt 的晶粒尺寸為7.8 nm，圖3所示為所得到催化劑在不同放大倍率下的TEM照片。
圖4為所制備的炭黑載體的擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體催化劑的EDX圖，從該圖譜 中可看出，該炭黑載體的擔(dān)載型納米催化劑成分為Pt。
圖5為所制備的40%擔(dān)載型納米Pt/C催化劑和Johnson Matthey公司40%擔(dān) 載型納米Pt/C催化劑的循環(huán)伏安曲線(xiàn)，實(shí)線(xiàn)為本發(fā)明制備的催化劑，虛線(xiàn)為Johnson Matthey公司的同類(lèi)催化劑，可看出本發(fā)明所制備的催化劑的性能上優(yōu)于Johnson Matthey公司同類(lèi)催化劑。
權(quán)利要求
1、擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體催化劑制備方法，其特征是將載體通過(guò)超聲波均勻分散于配制好的氯鉑酸溶液中得到懸浮液，然后用酸調(diào)節(jié)懸浮液到適當(dāng)?shù)膒H值，得到用于電沉積超聲的懸浮液，也即電解液；將制備好的電解液注入施加超聲的雙鉑電極電解槽中，在直流電持續(xù)作用下，可直接將塊體Pt(Pt-M)轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米Pt(Pt-M)顆粒，得到均勻擔(dān)載于載體上的納米Pt(Pt-M)催化劑懸浮液；再將電沉積后所得催化劑懸浮液分離，分離產(chǎn)物在40℃真空干燥，得到擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體催化劑。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體催化劑制備方法，其特征是用 去離子水配制濃度》10-Smol七"的氯鉑酸溶液；載體的添加量可根據(jù)電解液的濃度以及 電沉積時(shí)間不同而調(diào)節(jié)，從而得到從0.1% 90%等不同Pt(Pt-M)擔(dān)載量的催化劑；懸 浮液的pH值范圍0.1 7.0;電解時(shí)電流密度范圍1 mA/cm2 1000 mA/cm2;電解時(shí) 間1 6000min。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體催化劑制備方法，其特征是通 過(guò)調(diào)節(jié)電解液濃度、載體加入量、電流密度、電沉積時(shí)間、超聲頻率、超聲功率等方法 方便地調(diào)節(jié)納米Pt(Pt-M)顆粒的大小及Pt(Pt-M)金屬擔(dān)載量。
4、 根據(jù)權(quán)利要求i或2所述的擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體催化劑制備方法，其特征 是催化劑為納米Pt(Pt-M)，其中M指Au、 Ag、 Co、 Cr、 Cu、 Fe、 Ir、 Mn、 Ni、 Os、 Pd、 Ru、 Rh、 Re、 Ti、 V等金屬中的一種或多種金屬，載體為二氧化硅、氧化鋁、炭 黑、分子篩、石棉、氧化釷、氧化鋯、氧化鉻、氧化鎂、氧化鈰等中的一種或多種。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體催化劑制備方法，其特征 是制備過(guò)程中通過(guò)合理的對(duì)調(diào)雙鈾電極陰極與陽(yáng)極的位置，可以延長(zhǎng)電極壽命。
全文摘要
擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體催化劑制備方法，將載體均勻分散于氯鉑酸溶液中得到電解液，注入施加超聲的雙鉑電極電解槽中電沉積，得到均勻擔(dān)載于載體上的納米Pt(Pt-M)催化劑懸浮液，分離得到擔(dān)載型納米Pt(Pt-M)/載體催化劑。本發(fā)明直接將納米Pt(Pt-M)擔(dān)載于載體上，避免了其他方法的高溫還原或使用還原劑制備的缺點(diǎn)，不需要對(duì)載體進(jìn)行單獨(dú)活化或改性處理，工藝簡(jiǎn)單、催化劑尺寸可調(diào)、無(wú)環(huán)境污染，成本低廉，是一種通用、易于工業(yè)化大生產(chǎn)的方法；通過(guò)循環(huán)伏安曲線(xiàn)的測(cè)定，可看出本發(fā)明所制備的40％擔(dān)載型納米Pt/C催化劑的性能上優(yōu)于世界領(lǐng)先地位的Johnson Matthey公司的同類(lèi)產(chǎn)品。
文檔編號(hào)H01M4/92GK101352683SQ20081019587
公開(kāi)日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者唐月鋒, 陳延峰, 軍 齊 申請(qǐng)人:南京大學(xué)