【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及质子交换膜燃料电池铂基催化剂的制备，具体涉及一种小尺寸、碳包覆的铂基合金催化剂的制备方法。
技术介绍
1、随着全球经济的快速发展，作为主要能源的煤炭、石油和天然气等化石燃料的消耗也急剧增加，随着传统化石能源的日益匮乏及环境污染的日益加剧，人们对新型清洁能源的需要不断加大。氢能技术是实现碳达峰、碳中和目标的关键技术之一，同时也是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体。而质子交换膜燃料电池技术作为氢能产业的核心技术，具有清洁、高效、功率密度高等优点，是近年来的研究热点。然而当前燃料电池催化剂仍以贵金属铂为主，成本较高。为进一步降低催化剂成本，减少贵金属用量，通常会在pt基催化剂中添加过渡金属作为第二金属元素，借助配体效应和应力效应，在降低铂用量的同时提高催化剂的活性和稳定性。
2、目前广泛报道的铂基合金催化剂多为将纳米颗粒直接负载于碳载体上，在反应的过程中容易发生过渡金属的溶解，导致催化活性和稳定性下降，严重阻碍质子交换膜燃料电池的发展，目前一种高效的方法是采用碳包覆实现对合金颗粒的保护，在已公开的专利中，例如，在专利cn 112242530 a中提出一种高稳定性低载量碳包覆铂催化剂的制备方法，将合成的油胺包覆的铂纳米粒子与科琴黑超声混合、挥干，再经过配体预交联、碳化、高温活化等手段，完成碳包覆铂催化剂的制备，但是所用有机物价格昂贵，而且在后续步骤需要多次热处理，工艺复杂。
技术实现思路
1、本专利技术的目的为针对当前技术中的局限，提供一种小尺寸、碳包覆的铂基合金
2、本专利技术的技术方案为：
3、一种小尺寸、碳包覆的铂基合金催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
4、(1)将碳粉、固体有机物和金属前驱体加入到有机溶剂中，得到混合溶液。
5、所述金属前驱体为铂盐和过渡金属盐；过渡金属盐包括fe、co、ni、cu、zn中的一种或多种可溶性盐；
6、所述铂盐为乙酰丙酮铂、氯铂酸、氯铂酸胺中的一种；铂盐与过渡金属盐质量比为1:0.1～1:3；碳粉与固体有机物质量比为1:5～1:15；每1ml有机溶剂加1～3mg铂盐；
7、所述碳粉为科琴黑ecp600jd、科琴黑ec-600j、科琴黑ec-300j、bp2000、xc-72r其中一种；固体有机物为二甲酸钾或者苯甲酸；有机溶剂为苯甲醇、苯乙醇、苯丙醇、n-n二甲基甲酰胺、乙二醇、丙三醇其中一种。
8、(2)将混合溶液超声分散30～60min，然后120～220℃下油浴0.5～24h，得到铂基催化剂反应液。
9、(3)将铂基催化剂反应液离心、清洗、干燥得到催化剂粉末。
10、所述离心机工作转速为8000～10000r/min，5～10min，2～3次。
11、(4)将催化剂粉末放入高压炉的加热管中，400～900℃，压力0.2mpa～50mpa下退火0.5～24h，制得小尺寸、碳包覆的铂基合金催化剂。
12、所述退火气氛为氩气、氮气、氢氩混合气、氢氮混合气其中一种；
13、所述铂基合金纳米颗粒的粒径为1～5nm；
14、所述铂基合金催化剂中贵金属铂占催化剂的载量为10％～70％；
15、所述的小尺寸、碳包覆的铂基合金催化剂用于质子交换膜燃料电池阴极氧还原催化剂。
16、本专利技术的实质性特点为：
17、本专利技术采用溶剂热法，结合高气压高温退火工艺制备铂基合金催化剂。不同于传统的溶剂热法，在热处理过程中会引起奥斯特瓦尔德熟化和颗粒团聚，该制备方法中采用的高气压退火工艺，减缓了颗粒表面的原子迁移和原子运动，成功制备出小尺寸、碳包覆的铂基合金催化剂，合金化程度高，颗粒分散均匀，尺寸小，有利于活性位点的暴露，使电化学活性面积得到提高，而且由于碳壳的包覆，抑制过渡金属的溶解，也提高了催化剂的活性和稳定性。
18、本专利技术的有益效果为：
19、(1)本专利技术公开了一种小尺寸、碳包覆的铂基合金催化剂的制备方法，该方法具有操作简单，生产成本低等特点，可广泛应用于质子交换膜燃料电池。
20、(2)本专利技术在最后的热处理过程中引入了高气压工艺，利用高气压环境减缓了颗粒表面的原子迁移和原子运动，成功抑制了热处理过程中颗粒的团聚和长大，有利于活性位点的暴露，极大的提高了催化剂的活性。
21、(3)本专利技术制备的催化剂在高气压条件下，有机物分解形成碳壳，并抑制颗粒的团聚和长大，从而在电化学测试过程中可以抑制过渡金属的溶出，更好的维持催化剂的催化性能，延长了催化剂使用寿命。
22、(4)本专利技术制备的小尺寸、碳包覆的铂基合金催化剂，碳包覆的纳米颗粒均匀的分散在碳载体上，颗粒尺寸在1～5nm。
23、(5)本专利技术的催化剂具有较高的电化学活性面积和质量活性，在30000圈循环测试后，电化学活性面积和质量活性未见明显减小。
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1.一种小尺寸、碳包覆的铂基合金催化剂的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的小尺寸、碳包覆的铂基合金催化剂的制备方法，其特征为铂盐为乙酰丙酮铂、氯铂酸、氯铂酸胺中的一种。
3.如权利要求1所述的小尺寸、碳包覆的铂基合金催化剂的制备方法，其特征为所述碳粉为科琴黑ECP600JD、科琴黑EC-600J、科琴黑EC-300J、BP2000或XC-72R；有机溶剂为苯甲醇、苯乙醇、苯丙醇、N-N二甲基甲酰胺、乙二醇或丙三醇。
4.如权利要求1所述的小尺寸、碳包覆的铂基合金催化剂的制备方法，其特征为所述离心机工作转速为8000～10000r/min，5～10min，2～3次。
5.如权利要求1所述的小尺寸、碳包覆的铂基合金催化剂的制备方法，其特征为所述退火气氛为氩气、氮气、氢氩混合气、氢氮混合气其中一种。
6.如权利要求1所述的小尺寸、碳包覆的铂基合金催化剂的制备方法，其特征为所述的铂基合金纳米颗粒的粒径为1～5nm。
7.如权利要求1所述的小尺寸、碳包覆的铂基合金催化剂用于质子交换膜燃料电池
...【技术特征摘要】
1.一种小尺寸、碳包覆的铂基合金催化剂的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的小尺寸、碳包覆的铂基合金催化剂的制备方法，其特征为铂盐为乙酰丙酮铂、氯铂酸、氯铂酸胺中的一种。
3.如权利要求1所述的小尺寸、碳包覆的铂基合金催化剂的制备方法，其特征为所述碳粉为科琴黑ecp600jd、科琴黑ec-600j、科琴黑ec-300j、bp2000或xc-72r；有机溶剂为苯甲醇、苯乙醇、苯丙醇、n-n二甲基甲酰胺、乙二醇或丙三醇。
4.如权利要求1所述的小...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝昕瑶，许朝柏，何栋栋，江克柱，朱杉，郑士建，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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