專利名稱：擔(dān)體負(fù)載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑有機(jī)溶膠制備法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉑金屬催化劑的制備方法，具體涉及一種擔(dān)體負(fù)載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑有機(jī)溶膠制備法。
實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案包括催化劑前驅(qū)體的制備；在擔(dān)體中的注入；以及催化劑的后處理。具體步驟如下1、催化劑前驅(qū)體的制備稱取一定量的鉑金屬或鉑基多元金屬化合物，用有機(jī)溶劑配成溶液，攪拌下加入一定比例的SnCl2的有機(jī)溶液，反應(yīng)2～5分鐘即制得金屬鹽的有機(jī)溶膠。可稱為組分A。
2、擔(dān)體的注入在-25～65℃條件下，將組分A加入擔(dān)體，在N2保護(hù)下反應(yīng)，得組分B。
3、后處理部分組分B在一定的氣氛下60-150℃干燥，即制得擔(dān)體負(fù)載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑。
本發(fā)明所稱的“鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑”可以是單獨(dú)的鉑金屬催化劑；也可以是鉑基多元金屬催化劑；還可以是鉑金屬催化劑與鉑基多元金屬催化劑的混合物。其中“鉑基多元金屬催化劑”是指Pt+M(M＝Ru、Ir、Rh、Os等)金屬催化劑。擔(dān)體是指典型的如活性炭、碳黑、分子篩等。有機(jī)介質(zhì)包括典型的如甲醇、乙醇等醇類有機(jī)化合物。以上步驟進(jìn)一步優(yōu)化和細(xì)化，可得出以下步驟1、催化劑前驅(qū)體的制備稱取一定量的鉑金屬或鉑基多元金屬鹽類或酸類化合物，用有機(jī)溶劑配成一定濃度的溶液。一邊攪拌(機(jī)械攪拌或超聲波攪拌)一邊加入一定比例的SnCl2的有機(jī)溶液。反應(yīng)2～5分鐘及制得金屬鹽的有機(jī)溶膠。得組分A。
2、擔(dān)體的注入超聲波或機(jī)械攪拌下將得到的組分A在-25～65℃條件下加入擔(dān)體(如活性炭、碳黑、分子篩等)，在N2保護(hù)下，通過控制反應(yīng)溫度來控制溶劑揮發(fā)速度，從而獲得不同粒子大小擔(dān)體負(fù)載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑，得組分B。在本步驟中，通過控制反應(yīng)溫度來控制溶劑揮發(fā)速度，從而獲得不同粒子大小擔(dān)體負(fù)載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑。

圖1是不同制備溫度下獲得的Pt/C催化劑XRD圖譜。(如Pt或Pt-Ru或Pt-Ru-Os或Pt-Ru-Os-Ir催化劑)，其中貴金屬的離子大小為1～5nm。(Ar、H2、N2、O2、空氣等)。
3、后處理部分將2得到的組分B用少量熱的NaOH或碳酸鈉溶液洗滌，以除去未反應(yīng)的還原劑和產(chǎn)物后。再經(jīng)酸洗，反復(fù)水洗多次，并用硝酸銀溶液檢驗(yàn)，直至洗出液中無氯離子，然后在一定的氣氛下(Ar、H2、N2、O2、空氣等)60-150℃干燥，即制得擔(dān)體負(fù)載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑(如Pt或Pt-Ru或Pt-Ru-Os或Pt-Ru-Os-Ir催化劑)，其中貴金屬的離子大小為1～5nm。
表1為隨著溶劑脫除溫度的增加，獲得的Pt粒子的粒徑的關(guān)系。
表1 不同催化劑的Pt粒子大小和比表面積

本發(fā)明利用簡單的有機(jī)溶膠方法制備擔(dān)體負(fù)載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑，方法簡單可行，原料價(jià)格低，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。同時(shí)，該方法可以通過控制制備條件，而獲得不同粒徑(1～5nm)的擔(dān)體負(fù)載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑。我們將制得的催化劑使用在直接甲醇燃料電池中，通過循環(huán)伏安法等電化學(xué)研究方法，研究了催化劑對甲醇的電催化氧化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也發(fā)現(xiàn)利用有機(jī)反應(yīng)制得的催化劑表現(xiàn)出更為優(yōu)異的電催化性能。
實(shí)施例2基本步驟與實(shí)施例1相同室溫下，移取1.5mL 0.0386mol L-1 H2PtCl6的乙醇溶液0.6ml 0.09635mol/LRuCl3乙醇溶液和5mL 0.0310 mol L-1 SnCl2的乙醇溶液，超聲波下混合均勻，形成紫色溶膠。緩緩加入40mg分子篩，N2保護(hù)下，超聲波干燥數(shù)小時(shí)，直至乙醇完全脫除。真空、100℃條件下陳化12小時(shí)后，洗滌數(shù)次，二次水洗滌，過濾，至洗出液中無氯離子，90℃真空干燥，即制得PtRu含量為30％的PtRu/分子篩催化劑。
尤其在質(zhì)子交換膜燃料電池的催化劑，該催化劑對甲醇、氫氣和CO、H2和CO混合氣體的電化學(xué)氧化以及氧氣的電催化還原呈現(xiàn)了很高的催化性能。
實(shí)施例3，與實(shí)施例1基本相同，但A組分為氯鉑酸鉀的乙醇溶膠。擔(dān)體為碳黑。反應(yīng)溫度為-25℃。保護(hù)氣氛為Ar。
實(shí)施例4，與實(shí)施例1基本相同，但A組分為H2PtCl6的丙醇溶膠和SnCl2的丙醇溶膠。反應(yīng)溫度為65℃。保護(hù)氣氛為H2。
實(shí)施例5，與實(shí)施例1基本相同，但A組分為Pt-Ru-Os鹽類化合物的甲醇溶膠。反應(yīng)溫度為-10℃。保護(hù)氣氛為N2。
實(shí)施例6，與實(shí)施例4基本相同，但A組分為Pt-Ru-Os的酸類化合物甲醇溶膠。反應(yīng)溫度為0℃。保護(hù)氣氛為O2。
實(shí)施例7，與實(shí)施例1基本相同，但A組分為Pt-Ru-Os-Ir的鹽類化合物的甲醇溶膠。反應(yīng)溫度為35℃。保護(hù)氣氛為空氣。
實(shí)施例8，與實(shí)施例1基本相同，但A組分為Pt-Ru-Os-Ir的酸類化合物的甲醇溶膠。反應(yīng)溫度為45℃。
實(shí)施例9，與實(shí)施例1基本相同，但A組分為Pt化合物與Pt-Ru-Os-Ir化合物混合的甲醇溶膠。
實(shí)施例10，與實(shí)施例1基本相同，但反應(yīng)溫度為55℃。
權(quán)利要求
1.一種擔(dān)體負(fù)載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑有機(jī)溶膠制備法，包括催化劑前驅(qū)體的制備；在擔(dān)體中的注入；以及催化劑的后處理，具體步驟如下催化劑前驅(qū)體的制備稱取一定量的鉑金屬或鉑基多元金屬鹽類或酸類化合物，用有機(jī)溶劑配成溶液，攪拌下加入一定比例的SnCl2的有機(jī)溶液，反應(yīng)2～5分鐘及制得金屬鹽的有機(jī)溶膠，得到組分A，擔(dān)體的注入在-25～65℃條件下，將組分A加入擔(dān)體，在N2保護(hù)下反應(yīng)，得組分B，后處理部分組分B在一定的氣氛下60-150℃干燥，即制得擔(dān)體負(fù)載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑。
2.按照權(quán)利要求1所述的擔(dān)體負(fù)載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑有機(jī)溶膠制備法，其特征是步驟如下催化劑前驅(qū)體的制備稱取一定量的鉑金屬或鉑基多元金屬鹽類或酸類化合物，用有機(jī)溶劑配成一定濃度的溶液，一邊攪拌一邊加入一定比例的SnCl2的有機(jī)溶液，反應(yīng)2～5分鐘即制得金屬鹽的有機(jī)溶膠，得組分A，擔(dān)體的注入超聲波或機(jī)械攪拌下將得到的組分A在-25～65℃條件下加入擔(dān)體，在N2保護(hù)下，通過控制反應(yīng)溫度來控制溶劑揮發(fā)速度，從而獲得不同粒子大小擔(dān)體負(fù)載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑，得組分B，后處理部分將2得到的組分B用少量熱的NaOH或碳酸鈉溶液洗滌，以除去未反應(yīng)的還原劑和產(chǎn)物后，再經(jīng)酸洗，反復(fù)水洗多次，并用硝酸銀溶液檢驗(yàn)，直至洗出液中無氯離子，然后在一定的氣氛下60-150℃干燥，即制得擔(dān)體負(fù)載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的擔(dān)體負(fù)載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑有機(jī)溶膠制備法，其特征是鉑基多元金屬催化劑是Pt+M金屬催化劑，其中M＝Ru、Ir、Rh、Os。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的擔(dān)體負(fù)載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑有機(jī)溶膠制備法，其特征是擔(dān)體是活性炭、碳黑或分子篩。
5.按照權(quán)利要求3所述的擔(dān)體負(fù)載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑有機(jī)溶膠制備法，其特征是擔(dān)體是活性炭、碳黑或分子篩。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種簡單的制備擔(dān)體負(fù)載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑。制備過程的典型特征為在有機(jī)介質(zhì)中(典型的如甲醇、乙醇等醇類有機(jī)化合物)，利用SnCl
文檔編號(hào)B01J37/00GK1410160SQ02138658
公開日2003年4月16日 申請日期2002年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月26日
發(fā)明者唐亞文, 陸天虹, 楊輝 申請人:南京師范大學(xué)