一种Pt-Nafion/C催化剂及其制备和应用

摘要

一种Pt-Nafion/C催化剂。该催化剂采用离子交换法而获得，其制备包括(1)碳载体的功能化处理，(2)Pt(NH₃)₂(NO₂)₂-Nafion/C前体的制备和(3)Pt-Nafion/C催化剂的制备三个步骤。该催化剂具有贵金属Pt担载量低，催化活性高，稳定性好，可放大生产等优点，可用作质子交换膜燃料电池电催化剂。

主权项

一种Pt‑Nafion/C催化剂，其特征在于：催化剂中Pt质量含量为1.0‑20.0%，Nafion聚合物质量含量为1.0‑70.0%，C的质量含量为10.0‑98.0%；包括以下步骤，1) 碳载体的功能化处理a．于浓度为3‑7 mol/L的氧化剂溶液中加入碳载体，搅拌使之形成均匀浆液；b．将上述浆液加热至共沸，同时对其进行冷凝回流并配合磁力搅拌， 4‑8小时后，取出，过滤，得固体物质；c．采用去离子水对上述固体物质进行洗涤，至滤液呈中性后，将所得固体物质置于空气气氛100‑140 ^oC下干燥4‑8小时，得功能化碳载体； 2）离子交换法制备Pt(NH₃)₂(NO₂)₂‑Nafion/C催化剂前体a．将前驱体盐Pt(NH₃)₂(NO₂)₂溶解于60‑80 ^oC去离子水中，形成前躯体盐溶液； b．于乙二醇/水混合溶剂中加入Nafion溶液和步骤1）所得功能化碳载体，搅拌使之混合均匀后，逐滴加入前躯体盐溶液； 或于乙二醇/水混合溶剂中加入步骤1）所得功能化碳载体，搅拌使之混合均匀后，逐滴加入前躯体盐溶液，再次搅拌使之混合均匀后，加入Nafion溶液，搅拌使之混合均匀；或于乙二醇/水混合溶剂中加入Nafion溶液，搅拌使之混合均匀后，逐滴加入前躯体盐溶液，再次搅拌使之混合均匀后，加入步骤1）所得功能化碳载体，搅拌使之混合均匀；上述最终形成的混合物中Pt元素与碳元素的质量比为2:1‑1:98，Pt元素与Nafion干树脂的质量比为20:1‑1:70；c．保持上述步骤b得到的混合物的温度在60‑80 ^oC，并进行搅拌，12‑72小时后，采用去离子水洗涤，过滤，得固体物质；d．将上述步骤c得到的固体物质采用去离子水再次分散，重复上述步骤c3‑10次，以去除未反应的前驱体盐Pt(NH₃)₂(NO₂)₂；e．将上述步骤d所得固体物质于60‑90^oC条件下，干燥3‑6小时，得Pt(NH₃)₂(NO₂)₂‑Nafion/C催化剂前体；3）Pt‑Nafion/C催化剂的制备将Pt(NH₃)₂(NO₂)₂‑Nafion/C前体研磨后置于容器中，在氢气气氛中，以1‑10^oC/min的速率程序升温至150‑300 ^oC，并在此温度下处理1‑3小时，即得到目标产物Pt‑Nafion/C催化剂。