專利名稱：燃料電池用多孔碳載鉑-氧化鈰催化劑及其制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池用多孔碳載鉑-氧化鈰復(fù)合催 化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)中大都采用碳粉作為載體，將鉬粒子加 載到碳粉表面，得到擔(dān)載型碳載鉑催化劑。碳載體具有大的比表面積，中 孔豐富，是很好的載體，可大大降低貴金屬鉑的使用量，降低電池總體造 價(jià)。但該催化劑容易被毒化的問(wèn)題也是阻礙燃料電池進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)重 要難題。氫氧(或氫空)質(zhì)子交換膜燃料電池所用氣體不可能是百分之百
的純干凈氣體，里面還有雜質(zhì)如CO、 H2S、朋3等，雜質(zhì)會(huì)造成催化劑活性 成分-鉑中毒，從而失去活性；在甲醇燃料電池中更是有含有羰基的中間產(chǎn) 物生成，該中間物的生成吸附在催化劑活性組分鉑上，使之不能再起催化 作用，造成催化劑中毒。并且，由于催化劑在低溫下活性減小，致使燃料 電池低溫運(yùn)行時(shí)，催化劑的活性受限。
而目前的催化劑抗中毒所采用的方法多為向催化劑中添加助劑，使有 毒物質(zhì)與助劑結(jié)合來(lái)阻止有毒物與催化劑活性組分結(jié)合。而采用多價(jià)態(tài)的 金屬氧化物為添加劑增加催化劑的抗毒性，提高催化劑的利用效率，降低 燃料電池的價(jià)格有很重要的研究和實(shí)際應(yīng)用意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種多孔碳載鉑-氧化鈰復(fù)合催化劑。 本發(fā)明的上述發(fā)明目的是通過(guò)以下技術(shù)方案達(dá)到的
一種燃料電池用多孔碳載鉑-氧化鈰催化劑，其載體為多孔碳，催化劑 活性組分為鉑-氧化鈰，其中，所述氧化鈰占多孔碳氧化鈰重量的5-15%;
鉑載量為20-30%。
一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述燃料電池為質(zhì)子交換膜燃料電 池或直接甲醇燃料電池。
本發(fā)明的另一 目的在于提供所述多孔碳載鉑-氧化鈰復(fù)合催化劑的制
備，
本發(fā)明的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案達(dá)到的
一種燃料電池用多孔碳載鉑-氧化鈰催化劑的制備方法，其步驟如下
(1) 將多孔碳粉分別在丙酮、濃HNO:,溶液中加熱回流1-2小時(shí)，過(guò)濾，
用去離子水洗滌至pH^6， 100-12(TC恒溫干燥；
(2) 稱取步驟(1)處理過(guò)的多孔碳粉置于燒杯中，加入異丙醇和水，
再加入硝酸鈰銨溶液，超聲波內(nèi)充分混合均勻，在體系中加入過(guò)量的氫氧
化鈉溶液，使pH值在8-9，浸漬4一6小時(shí)，反應(yīng)完畢后進(jìn)行抽濾、洗滌， 70-90。C真空干燥10-14小時(shí)；
(3) 將步驟(2 )中的產(chǎn)物置于管式爐中，在N2氣氛下進(jìn)行煅燒，200-400 "C煅燒2-4小時(shí)，得多孔碳氧化鈽?lè)垠w材料；
(4) 將步驟(3)所得多孔碳氧化鈰材料放入三口燒瓶中，依次加入 無(wú)水乙醇、水和異丙醇，超聲混合均勻，加入10-25mmol/L H2PtCle溶液超 聲波攪拌20-40min，用lmol/L ,20)3溶液調(diào)節(jié)pH=8-9，得含碳氧化鈰材
料的H2PtCl6混合漿料；
(5) 向步驟(4)所得混合衆(zhòng)料中緩慢滴加過(guò)量甲醛溶液，溫度控制 在55-65'C，反應(yīng)過(guò)程中通氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣，超聲波攪拌，反應(yīng)完成之后冷
卻至室溫，然后停止通氣，進(jìn)行真空過(guò)濾，用去離子水洗滌至無(wú)cr，將濾
餅在70-9(TC真空干燥，得到多孔碳載鉑-氧化鈰復(fù)合催化劑。 有益效果
本發(fā)明的多孔碳載鉑-氧化鈰復(fù)合催化劑材料表現(xiàn)出比常規(guī)Vulcan XC-72碳載^1催化劑更為卓越的抗毒化性能，因此有望替代現(xiàn)有常規(guī)碳載鉑 催化劑，用于需要提高抗毒性的質(zhì)子交換膜燃料電池及直接甲醇燃料電池 中，如在電池燃料原料還有有毒雜質(zhì)或在反應(yīng)中產(chǎn)生有毒中間產(chǎn)物的情況
下，抗毒化能力強(qiáng)的多孔碳載鉑-氧化鈰催化劑可以更有效地保持電池的性 能，保證電池的穩(wěn)定運(yùn)行。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是制備過(guò)程簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜設(shè)備，制得的碳氧化鈰 顆粒細(xì)小，分布均勻，顯示了卓越的抗氧化性能。
下面通過(guò)附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但并不意味著 對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例之一制備的多孔碳氧化鈰粉末的透射電鏡照片。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例之一制備的多孔碳氧化鈰粉末的XRD圖譜。
圖3是本發(fā)明的多孔碳氧化鈰粉末用于質(zhì)子交換膜燃料電池的性能變化。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l
稱取0.9g多孔碳粉分別在丙酮、濃HN03溶液中，加熱回流1小時(shí)。 過(guò)濾，用去離子水洗滌至pH二6， ll(TC恒溫干燥；處理過(guò)的多孔碳粉置于燒 杯中，加入異丙醇和水，再加入硝酸鈰銨溶液(加入量按最后得到氧化鈰 占多孔碳氧化鈰重量的10%)，超聲波內(nèi)充分混合均勻，在體系中加入過(guò)量 的氫氧化鈉溶液，使pH值在8-9，浸漬4一6小時(shí)，反應(yīng)完畢后進(jìn)行抽濾、 洗滌，8(TC真空干燥12小時(shí)，然后將產(chǎn)物置于管式爐中，在Na保護(hù)下進(jìn)行 煅燒，30(TC煅燒3小時(shí)，得多孔碳氧化鈰粉體材料。
所得碳氧化鈰材料放入三口燒瓶中，依次加入無(wú)水乙醇、水和異丙醇， 超聲混合均勻，加入19.3raraol/LH2PtCl6溶液超聲波攪拌30rain，用lmol/L Na2C03溶液調(diào)節(jié)pH=8-9，得含碳氧化鈰材料的H2PtCh混合漿料，再向所得 漿料中緩慢滴加過(guò)量甲醛溶液，溫度控制在6(TC左右，反應(yīng)過(guò)程中通氮?dú)?作為保護(hù)氣，超聲波攪拌，反應(yīng)完成之后冷卻至室溫，然后停止通氣，進(jìn) 行真空過(guò)濾，用去離子水洗滌至無(wú)Cr，將濾餅在8(TC真空干燥，得到多孔 碳載氧化鈰-鉑復(fù)合催化劑材料。制備得到的催化劑鉑載量為20%。TEM測(cè)試在日本HITACHI H-700型透射電鏡儀上進(jìn)行，樣品經(jīng)超聲分 散20min于乙醇中，然后將懸浮液滴于標(biāo)準(zhǔn)銅網(wǎng)上進(jìn)行觀察，放大倍數(shù)為 100000。
從圖1看出顆粒分布均勻，無(wú)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象。
將實(shí)施例1所得催化劑用于質(zhì)子交換膜燃料電池進(jìn)行燃料電池單池實(shí)
驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖3:本發(fā)明的多孔碳氧化鈰粉末用于質(zhì)子交換膜燃料電池的性 能變化(2#線)。從圖3可以看出，其電流密度明顯增大。
XRD測(cè)試在日本島津Shimadzu公司的XD-Dl型X射線衍射儀上進(jìn)行， Cu耙，射線波長(zhǎng)為0. 154056nm。對(duì)得到的多孔碳氧化鈰粉末進(jìn)行測(cè)試，得 到如圖2所示的多孔碳氧化鈰粉末的XRD圖譜。
圖2中，在2 e為28° 、33° 、47° 、56° 、 69°和76°處的則分別 對(duì)應(yīng)的是Ce02 (111)、 Ce02 (200)、 Ce02 (220)、 Ce02 (311)、 Ce02 (400) 和Ce02 (331)的立方結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu)特征峰，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他含鈰元素物 質(zhì)的特征峰，說(shuō)明鈰均以Ce02的形式存在。 實(shí)施例2
稱取0.8g多孔碳粉分別在丙酮、濃麗03溶液中，加熱回流l小時(shí)。 過(guò)濾，用去離子水洗滌至pH-6， IO(TC恒溫干燥；處理過(guò)的多孔碳粉置于燒 杯中，加入異丙醇和水，再加入硝酸鈰銨溶液(加入量按最后得到氧化鈰 占多孔碳氧化鈰重量的20%)，超聲波內(nèi)充分混合均勻，在體系中加入過(guò)量 的氫氧化鈉溶液，使pH值在8-9，浸漬4一6小時(shí)，反應(yīng)完畢后進(jìn)行抽濾、 洗滌，9(TC真空干燥11小時(shí)，然后將產(chǎn)物置于管式爐中，在N2保護(hù)下進(jìn)行 煆燒，40(TC煅燒2小時(shí)，得多孔碳氧化鈰粉體材料。
載鉑方法同實(shí)施方式1相同，制備得到的催化劑鉑載量為30%。 將實(shí)施例2所得催化劑用于直接甲醇燃料電池進(jìn)行燃料電池單池試驗(yàn)， 結(jié)果見(jiàn)圖3中的3#線，其電流密度明顯增大。 實(shí)施例3
稱取0.9g多孔碳粉分別在丙酮、濃HN(V溶液中，加熱回流2小時(shí)。
過(guò)濾，用去離子水洗漆至pH二6， 120。C恒溫干燥；處理過(guò)的Vulcan XC-72 碳粉置于燒杯中，加入異丙醇和水，再加入硝酸鈰銨溶液(加入量按最后 得到氧化鈰占碳氧化鈰重量的10%)，超聲波內(nèi)充分混合均勻，在體系中加 入過(guò)量的氫氧化鈉溶液，使pH值在8-9，浸漬4一6小時(shí)，反應(yīng)完畢后進(jìn)行 抽濾、洗滌，7(TC真空干燥14小時(shí)，然后將產(chǎn)物置于管式爐中，在Ns保護(hù) 下進(jìn)行煅燒，20(TC煅燒4小時(shí)，得多孔碳氧化鈰粉體材料。
載鉑方法同實(shí)施方式l相同，制備得到的催化劑鉑載量為30%。
權(quán)利要求
1、一種燃料電池用多孔碳載鉑-氧化鈰催化劑，其載體為多孔碳，催化劑活性組分為鉑-氧化鈰，其中，所述氧化鈰占多孔碳氧化鈰重量的5-15％；鉑載量為20-30％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池用多孔碳載鉑-氧化鈰催化劑，其特征在于所述燃料電池為質(zhì)子交換膜燃料電池或直接甲醇燃料電池。
3、 一種燃料電池用多孔碳載鉑-氧化鈰催化劑的制備方法，其步驟如下(1) 將多孔碳粉分別在丙酮、濃朋03溶液中加熱回流1-2小時(shí)，過(guò)濾， 用去離子水洗滌至pH^6， 100-12(TC恒溫干燥；(2) 稱取步驟(1)處理過(guò)的多孔碳粉置于燒杯中，加入異丙醇和水， 再加入硝酸鈰銨溶液，超聲波內(nèi)充分混合均勻，在體系中加入過(guò)量的氫氧 化鈉溶液，使pH值在8-9，浸漬4一6小時(shí)，反應(yīng)完畢后進(jìn)行抽濾、洗滌， 70-9(TC真空干燥10-14小時(shí)；(3) 將步驟(2)中的產(chǎn)物置于管式爐中，在N2氣氛下進(jìn)行煅燒，200-400 C煅燒2-4小時(shí)，得多孔碳氧化鈰粉體材料；(4) 將步驟(3)所得多孔碳氧化鈰材料放入三口燒瓶中，依次加入 無(wú)水乙醇、水和異丙醇，超聲混合均勻，加入10-25ramol/L H2PtCl6溶液超 聲波攪拌20-40rain，用lmol/L ^2<:03溶液調(diào)節(jié)pH二8-9，得含碳氧化鈰材料的H2PtCl6混合漿料；(5) 向步驟(4)所得混合漿料中緩慢滴加過(guò)量甲醛溶液，溫度控制在 55-65°C，反應(yīng)過(guò)程中通氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣，超聲波攪拌，反應(yīng)完成之后冷卻至室溫，然后停止通氣，進(jìn)行真空過(guò)濾，用去離子水洗滌至無(wú)cr，將濾餅在TO-如。C真空于燥，得到多孔碳載氧化鈰-鉑復(fù)合催化齊止。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃料電池用多孔碳載鉑-氧化鈰催化劑及其制備方法，其載體為多孔碳，催化劑活性組分為鉑-氧化鈰，其中，所述氧化鈰占多孔碳氧化鈰重量的5-15％；鉑載量為20-30％。本發(fā)明的多孔碳載鉑-氧化鈰復(fù)合催化劑材料表現(xiàn)出比常規(guī)Vulcan XC-72碳載鉑催化劑更為卓越的抗毒化性能，用于需要提高抗毒性的質(zhì)子交換膜燃料電池及直接甲醇燃料電池。
文檔編號(hào)B01J23/63GK101185891SQ20071019543
公開(kāi)日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者申靚博 申請(qǐng)人:申靚博