[发明专利]一种电池催化剂用碳载体的预处理方法及碳载体

说明书

本发明公开了一种电池催化剂用碳载体的预处理方法及碳载体。包括：采用有机溶剂洗涤碳载体，过滤漂洗后干燥破碎，氧化性酸酸洗，过滤漂洗后在水中分散，通入氨气并快速搅拌，干燥，热分解，悬浊液液体蒸干，得到的固体研磨成粉即制成电池催化剂用碳载体。本发明预处理方法能够改善原始碳载体本身的织构性质和表面化学特性，制备得到的碳载体在制备电催化剂时能够提高贵金属颗粒的负载量和分散度；预处理方法能够降低碳载体中的灰分杂质含量，本发明处理方法减少了碳载体洗涤时间和去离子水用量，对进一步工业化生产提供了更环保、友好、效率更高的预处理工艺。

技术领域

本发明属于氢燃料电池材料制备技术领域，尤其属于一种用于氢燃料电池的电催化剂制备材料的制备技术，涉及新能源材料与燃料电池的应用技术领域，具体涉及一种氢燃料电池催化剂用碳载体的预处理方法及碳载体。

背景技术

碳材料具有多孔、比表面积大、表面化学特性可调等特点，是氢燃料电池中应用最为广泛的载体。首先，碳材料作为一种载体，可使得贵金属纳米颗粒附着在其表面，并将贵金属纳米颗粒分散开来，避免其因团聚而丧失电化学活性。其次，碳载体和贵金属纳米颗粒之间的相互作用不但可以影响催化剂的活性和稳定性，还会改变催化剂表面的电子状态，进而提高催化剂的活性和选择性。然而，对于一般的原始碳载体而言，其本身是化学惰性的，它的载体特性只有经过对其表面的调控才能发挥出来。为了实现贵金属纳米颗粒的高分散和有效负载，我们通常会对碳载体进行预处理。碳载体的预处理不仅可以减少碳载体中的灰分，而且对碳载体的织构性质，如比表面积、孔结构，以及表面化学特性等产生一定的影响，而这些性质的改变又将直接决定贵金属在碳载体上的负载量和分散程度，进而影响催化剂的活性和稳定性。

目前，对碳载体的预处理，主要下以下几个方面：

(1)通入氧化性气体在特定温下焙烧处理：高温下通入空气，氧气，臭氧，二氧化碳等在适宜的温度下对碳载体表面进行氧化，促使碳载体表面形成含氧官能团，氧化碳载体表面的还原性基团，使得贵金属能够在碳载体表面有效负载且高度分散，同时也可以防止贵金属盐在吸附时直接还原造成贵金属颗粒尺寸偏大。但是此方法控制难度较大且处理均匀程度较差，其次，碳载体的氧化损耗较大，故一般不会采用上述方法。

(2)氧化性酸处理：采用硝酸、浓硫酸(＞70wt％)，高氯酸，双氧水，高锰酸钾等对碳载体进行表面氧化处理，表面氧化处理一是对碳载体中的某些杂质进行氧化去除、二是增加碳载体表面含氧官能团的数量，氧化碳载体表面的还原性基团，使得贵金属能够在碳载体表面有效负载且高度分散；同时也可以防止贵金属盐在吸附时直接还原造成贵金属颗粒尺寸偏大，活性变差。在现有酸处理方法中，由于高浓度氧化性酸具有极强的氧化能力，容易过度氧化碳载体，导致碳载体表面形成过多的缺陷，影响碳载体的电子传输特性和强度；其次，高温、高压条件下的酸洗也容易导致碳载体结构破坏。

发明内容

本发明目的是提供一种可控、环保、效率更高、处理后得到的碳载体性能更优的氢燃料电池催化剂用碳载体预处理方法及其制备的碳载体。

本发明通过以下技术方案实现：

电池催化剂用碳载体的预处理方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)碳载体洗涤：将碳载体和有机溶剂混合，室温下搅拌3～12小时，其中，碳载体与有机溶剂的质量比例为1:40～200；

(2)过滤/漂洗：将步骤(1)得到的混合物过滤，得到的固体用无水乙醇进行至少3次漂洗，再次过滤；

(3)干燥：将步骤(2)中得到的滤饼在60～100℃下鼓风干燥8～24小时；

(4)破碎：将步骤(3)中干燥好的滤饼放入粉碎机进行破碎成粉；

(5)酸洗：将步骤(4)去除有机杂质后的碳载体与氧化性酸溶液混合，在室温至120℃条件下搅拌1～24小时；其中碳载体与氧化性酸溶液质量比例为1:20～100；