贵金属催化剂之铂炭催化剂【SMM科普】
铂碳,又名铂炭,铂炭催化剂,Pt/C。属于贵金属催化剂,外观是黑色粉末。铂碳催化剂是将铂负载到活性炭上的一种载体催化剂,主要用于燃料电池的氢气氧化、甲醇氧化、甲酸氧化以及氧气的还原等化学反应,属于十分常见的贵金属催化剂。
与传统化工用铂碳催化剂(铂担载量低于5%)不同,用在氢气燃料电池的铂碳催化剂, 铂担载量一般高达20% 以上, 要求铂纳米颗粒粒径在2 ~5nm、粒径分布窄、在炭上分散均匀,不含有害杂质,这样催化剂就能具有较好的活性和稳定性。但是由于2 ~5nm铂纳米颗粒的表面能非常大,很容易团聚,因此制备铂碳催化剂工艺难度非常大。
目前铂碳催化剂的制备方法有以下几种:沉淀转化工艺,化学还原法,交替微波加热法。
一、沉淀转化工艺制备碳载铂催化剂方法:用自主开发的H2Pt(OH)6 沉淀转化工艺制备了铂担载量为20% 的碳载铂催化剂, 通过TEM、XRD、EDX、XPS 等技术和手段对催化剂的物理化学特征进行了分析和表征, 并组装PEMFC 单电池评价了催化剂的电化学性能。
二、化学还原法制备碳载铂催化剂方法:化学还原法是一种最经典的制备催化剂的方法, 其制备方法非常简单。缺点是制得的催化剂中分散性较差, 对多组分的复合催化剂, 各组分常会发生分布不均匀的问题。同时, 制得的催化剂的粒子的平均粒径比较大, 催化活性较低。尽管如此, 由于制备过程成本较低, 工艺简单, 易于在实际的生产中得到应用。因而, 对其制备工艺进行进一步的优化, 以制备高分散性、具有较小的粒径的催化剂仍旧具有实际意义。
三、微波介电加热技术制备过程简单、方便、快捷,可以利用微波介电加热技术,间歇式加热程序控制来制备Pt/C催化剂。使用该方法制备会发现该法制备的催化剂具有无氯、高比表面积、高分散性的特征,即使在负载量高达50%时,这一特征也没有发生改变,解决了其他方法制备过程冗长,颗粒度不易控制等问题。
用在PEM电解槽或氢气燃料电池的铂碳催化剂, 铂担载量一般高达20% 以上, 制备难度非常大,目前国产化的进程还在不断推进。