專利名稱：擔體負載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑有機溶膠制備法的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鉑金屬催化劑的制備方法，具體涉及一種擔體負載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑有機溶膠制備法。
實現上述發明目的的技術方案包括催化劑前驅體的制備；在擔體中的注入；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，用有機溶劑配成溶液，攪拌下加入一定比例的SnCl2的有機溶液，反應2～5分鐘即制得金屬鹽的有機溶膠。可稱為組分A。
2、擔體的注入在-25～65℃條件下，將組分A加入擔體，在N2保護下反應，得組分B。
3、后處理部分組分B在一定的氣氛下60-150℃干燥，即制得擔體負載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑。
本發明所稱的“鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑”可以是單獨的鉑金屬催化劑；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。擔體是指典型的如活性炭、碳黑、分子篩等。有機介質包括典型的如甲醇、乙醇等醇類有機化合物。以上步驟進一步優化和細化，可得出以下步驟1、催化劑前驅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，用有機溶劑配成一定濃度的溶液。一邊攪拌(機械攪拌或超聲波攪拌)一邊加入一定比例的SnCl2的有機溶液。反應2～5分鐘及制得金屬鹽的有機溶膠。得組分A。
2、擔體的注入超聲波或機械攪拌下將得到的組分A在-25～65℃條件下加入擔體(如活性炭、碳黑、分子篩等)，在N2保護下，通過控制反應溫度來控制溶劑揮發速度，從而獲得不同粒子大小擔體負載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑，得組分B。在本步驟中，通過控制反應溫度來控制溶劑揮發速度，從而獲得不同粒子大小擔體負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，以除去未反應的還原劑和產物后。再經酸洗，反復水洗多次，并用硝酸銀溶液檢驗，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，即制得擔體負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粒子的粒徑的關系。
表1 不同催化劑的Pt粒子大小和比表面積
本發明利用簡單的有機溶膠方法制備擔體負載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑，方法簡單可行，原料價格低，適合于工業化生產。同時，該方法可以通過控制制備條件，而獲得不同粒徑(1～5nm)的擔體負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，通過循環伏安法等電化學研究方法，研究了催化劑對甲醇的電催化氧化，實驗結果也發現利用有機反應制得的催化劑表現出更為優異的電催化性能。
實施例2基本步驟與實施例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保護下，超聲波干燥數小時，直至乙醇完全脫除。真空、100℃條件下陳化12小時后，洗滌數次，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混合氣體的電化學氧化以及氧氣的電催化還原呈現了很高的催化性能。
實施例3，與實施例1基本相同，但A組分為氯鉑酸鉀的乙醇溶膠。擔體為碳黑。反應溫度為-25℃。保護氣氛為Ar。
實施例4，與實施例1基本相同，但A組分為H2PtCl6的丙醇溶膠和SnCl2的丙醇溶膠。反應溫度為65℃。保護氣氛為H2。
實施例5，與實施例1基本相同，但A組分為Pt-Ru-Os鹽類化合物的甲醇溶膠。反應溫度為-10℃。保護氣氛為N2。
實施例6，與實施例4基本相同，但A組分為Pt-Ru-Os的酸類化合物甲醇溶膠。反應溫度為0℃。保護氣氛為O2。
實施例7，與實施例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。反應溫度為35℃。保護氣氛為空氣。
實施例8，與實施例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。反應溫度為45℃。
實施例9，與實施例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。
實施例10，與實施例1基本相同，但反應溫度為55℃。
權利要求
1.一種擔體負載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑有機溶膠制備法，包括催化劑前驅體的制備；在擔體中的注入；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，用有機溶劑配成溶液，攪拌下加入一定比例的SnCl2的有機溶液，反應2～5分鐘及制得金屬鹽的有機溶膠，得到組分A，擔體的注入在-25～65℃條件下，將組分A加入擔體，在N2保護下反應，得組分B，后處理部分組分B在一定的氣氛下60-150℃干燥，即制得擔體負載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑。
2.按照權利要求1所述的擔體負載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑有機溶膠制備法，其特征是步驟如下催化劑前驅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的有機溶液，反應2～5分鐘即制得金屬鹽的有機溶膠，得組分A，擔體的注入超聲波或機械攪拌下將得到的組分A在-25～65℃條件下加入擔體，在N2保護下，通過控制反應溫度來控制溶劑揮發速度，從而獲得不同粒子大小擔體負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，以除去未反應的還原劑和產物后，再經酸洗，反復水洗多次，并用硝酸銀溶液檢驗，直至洗出液中無氯離子，然后在一定的氣氛下60-150℃干燥，即制得擔體負載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑。
3.按照權利要求1或2所述的擔體負載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑有機溶膠制備法，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.按照權利要求1或2所述的擔體負載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑有機溶膠制備法，其特征是擔體是活性炭、碳黑或分子篩。
5.按照權利要求3所述的擔體負載鉑金屬及鉑基多元金屬催化劑有機溶膠制備法，其特征是擔體是活性炭、碳黑或分子篩。
全文摘要
本發明提供了一種簡單的制備擔體負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介質中(典型的如甲醇、乙醇等醇類有機化合物)，利用SnCl
文檔編號B01J37/00GK1410160SQ02138658
公開日2003年4月16日 申請日期2002年11月26日 優先權日2002年11月26日
發明者唐亞文, 陸天虹, 楊輝 申請人:南京師范大學