一种铂单原子分散的催化剂及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105529475A(43)申请公布日2016.04.27(21)申请号201511017815.1(22)申请日2015.12.30(71)申请人中国科学院长春应用化学研究所地址130022吉林省长春市朝阳区人民大街5625号(72)发明人徐维林刘京宋平阮明波(74)专利代理机构长春菁华专利商标代理事务所22210代理人南小平(51)Int.Cl.H01M4/92(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称一种铂单原子分散的催化剂及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种铂单原子分散的催化剂及其制备方法。解决现有技术中贵金属氧还原催化剂制备成本高、铂的利用率低的技术问题。该铂单原子分散的催化剂是以碳载体、非金属杂原子试剂和铂化合物为原料，通过搅拌回流，旋蒸干燥，研磨，于滑轨炉中高温处理相互作用而制备得到的。测试结果显示该催化剂中铂元素以单原子铂的形式存在，催化活性高，在酸性和碱性体系中，氧还原起始电位和半波电位都和铂含量为20％的商业碳载铂催化剂相当；且制备过程中不会引入其他金属元素，稳定性较好。本发明提供的催化剂的制备方法，成本较低，简单易行。该催化剂适合于制备燃料电池，很大程度上提高了铂的利用率，降低了催化剂的成本，能够推进燃料电池的商业化进程。CN105529475ACN105529475A权利要求书1/1页1.一种铂单原子分散的催化剂，其特征在于，该催化剂是通过将铂原子和非金属杂原子吸附在碳载体上，再通过化学反应，非金属杂原子掺杂进入碳载体的层状结构中，铂原子与非金属杂原子及碳原子相互作用、且以铂单原子的形式存在。2.根据权利要求1所述的铂单原子分散的催化剂，其特征在于，所述催化剂中的碳原子、非金属杂原子和铂原子的比例为10:0～5:0.01～0.7。3.根据权利要求1所述的铂单原子分散的催化剂，其特征在于，所述非金属杂原子为N、B、P、S或F。4.根据权利要求1-3任意一项所述的铂单原子分散的催化剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：步骤1、将碳载体和铂化合物加入到硝酸溶液中然后在油浴40℃以上，搅拌回流4h以上；步骤2、将步骤1中得到的回流后的液体样品在35℃以上旋蒸干燥，得到固体粉末；步骤3、将步骤2中获得的固体粉末和非金属杂原子试剂混合，放入玛瑙研钵中研磨0.1h以上，再放入管式炉中，于800℃以上处理0.5h以上，得到铂单原子分散的催化剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碳载体、非金属杂原子试剂和铂化合物的质量比为1:0～20:0.2～22。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碳载体为黑珍珠BP-2000、VXC-72、乙炔炭黑、石墨烯或碳纳米管。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述非金属杂原子试剂为三聚氰胺、尿素、二氰二氨、硼酸、氨基磷酸树脂、硫脲或氟化铵。8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铂化合物为氯铂酸、铂盐或乙酰丙酮铂；所述硝酸溶液浓度为4mol/L～8mol/L。9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述油浴回流温度为40～100℃，回流时间为4～10h；所述旋蒸干燥温度为35～65℃；所述的反应原料的研磨时间为0.1～1h，将反应原料放入管式炉中处理的温度为800～1000℃，处理时间为0.5～5h。10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述油浴回流温度为80℃，回流时间为6h；所述旋蒸干燥温度为60℃；所述的反应原料的研磨时间为0.5h，将反应原料放入管式炉中处理的温度为950℃，处理时间为1h。2CN105529475A说明书1/6页一种铂单原子分散的催化剂及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种铂单原子分散的催化剂及其制备方法。背景技术[0002]能源是人类进步的先决条件，随着能源危机的到来，新能源的开发已经成为国际上最为紧迫、最为重要的战略需求。目前，人们正在开发利用的新型可持续利用的能源包括太阳能、风能、水能、核能、燃料电池等。其中，燃料电池，如质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池，是通过电化学反应将化学能转化为电能的一种装置。不需要进行燃烧，染料电池直接将燃料的化学能通过电化学催化反应转换为电能，其转化率高达60％-80％。因其具有环境友好、快速启动、无电解液流失、寿命长、功率密度和能量密度高等优点，燃料电池被认为是最可能实现商业化的电池。但目前制约燃料电池商业化的一个主要因素是阴极氧还原催化剂。碳载铂及铂合金催化剂是使用最广泛的燃料电池氧还原催化剂。但实现低温燃料电池的大规模商业化应用还有许多急需解决的问题，例如贵金属铂等价格高昂、资源短缺等关键问题。开发廉价、高性