專利名稱：擔(dān)載催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種擔(dān)載催化劑及其制備方法，更具體地，本發(fā)明涉及一種高度分散的擔(dān)載催化劑，及其制備方法，該擔(dān)載催化劑包含粒度較小的催化金屬顆粒，不管催化劑載體的類型。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知，擔(dān)載催化劑是指由催化劑組分和其上附著該催化劑組分的多孔性催化劑載體構(gòu)成的催化劑。該多孔性催化劑載體具有許多孔隙，因而具有非常大的表面積。該大表面積提供其中可以分散許多催化劑組分的位置。擔(dān)載催化劑廣泛地用于加速多個(gè)領(lǐng)域的各種反應(yīng)。
擔(dān)載催化劑的實(shí)例為碳擔(dān)載的金屬催化劑。碳擔(dān)載的金屬催化劑包括作為催化劑載體的多孔碳顆粒和作為催化劑組分的催化金屬顆粒。碳擔(dān)載的金屬催化劑也廣泛地用于加速多個(gè)領(lǐng)域的各種反應(yīng)。
碳擔(dān)載的金屬催化劑的實(shí)例為包含在燃料電池的電極中的催化劑。更具體地，燃料電池如磷酸燃料電池(PAFC)、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)或直接甲醇燃料電池(DMFC)的陰極和/或陽(yáng)極包含碳擔(dān)載的金屬催化劑，該金屬催化劑加速燃料的電化學(xué)氧化和/或氧的電化學(xué)還原。在該情況下，碳顆粒充當(dāng)催化劑載體和電子導(dǎo)體。通常使用Pt，Pt/Ru合金等作為催化金屬顆粒。
利用Nafion穩(wěn)定的醇-還原法(Loka Subramanyam Sarma，Tzu Dai Lin，Yin-Wen Tsai，Jium Ming Chen and Bing Joe Hwang，J.Power Source，139，44-54(2005))制備良好地分散的PtRu催化劑的方法，及在高溫和加壓狀態(tài)下，在水中通過(guò)向聚合物水溶液中加入貴金屬膠體溶液和碳制備陽(yáng)極催化劑的方法(日本專利待審公開2003-123775)通常是公知的。
在根據(jù)上述方法制備的擔(dān)載催化劑中，隨著催化金屬顆粒的擔(dān)載量增加，擔(dān)載的催化金屬顆粒的平均粒度通常也增加。因此，通過(guò)控制催化金屬顆粒的平均粒度和催化金屬顆粒的擔(dān)載量，擔(dān)載催化劑的催化活性的改善有限。
而且，在根據(jù)常規(guī)方法制備的擔(dān)載催化劑中，即使催化金屬顆粒的擔(dān)載量減少，也難于減小催化金屬顆粒的平均粒度，因而沒(méi)有獲得充分的分散。
因而，需要開發(fā)出一種改善分散，同時(shí)減小擔(dān)載在催化劑載體上的催化金屬顆粒的平均粒度的技術(shù)，該催化金屬顆粒的擔(dān)載量大于或等于催化金屬顆粒的常規(guī)擔(dān)載量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種制備高度分散的擔(dān)載催化劑的方法，及利用該催化劑制備的擔(dān)載催化劑，所述擔(dān)載催化劑包含粒度減小的催化金屬顆粒，不管催化劑載體的類型。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種制備擔(dān)載催化劑的方法，該方法包括將陽(yáng)離子交換聚合物溶解在溶劑中，制得包含陽(yáng)離子交換聚合物的溶液；將該包含陽(yáng)離子交換聚合物的溶液與催化金屬前體或包含催化金屬前體的溶液混合；在將它的pH調(diào)整至預(yù)定范圍后，加熱該混合物；向產(chǎn)物中加入還原劑或包含還原劑的溶液并攪拌該溶液，還原所述催化金屬前體；將產(chǎn)物與催化劑載體混合；向產(chǎn)物中加入沉淀劑形成沉淀；及過(guò)濾并干燥該沉淀。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種根據(jù)上述方法制備的擔(dān)載催化劑。
在該擔(dān)載催化劑中，催化金屬顆粒的平均粒度可以為2～5nm。
在本發(fā)明中，利用分散良好的催化金屬顆粒膠體和陽(yáng)離子交換聚合物可以制得高度分散的擔(dān)載催化劑，不管催化劑載體的類型。
在擔(dān)載催化劑中，基于100重量份的催化劑載體，陽(yáng)離子交換聚合物的含量可以為1～10重量份。


通過(guò)參考附圖詳述其示例性的實(shí)施方案，本發(fā)明的上述及其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見，附圖中圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制備擔(dān)載催化劑的方法示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的擔(dān)載催化劑的示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的燃料電池的示意圖；圖4和5為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1和對(duì)比例1的擔(dān)載催化劑的TEM照片；
圖6為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1和對(duì)比例1的擔(dān)載催化劑的X-射線衍射分析譜；圖7為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例8和對(duì)比例2的直接甲醇燃料電池的電池電勢(shì)和電流密度之間關(guān)系圖；及圖8為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例8和參考例1的直接甲醇燃料電池的電池電勢(shì)和電流密度之間關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制備擔(dān)載催化劑的方法示意圖。
參照?qǐng)D1，首先向溶劑中加入陽(yáng)離子交換聚合物，得到陽(yáng)離子交換聚合物溶液。
溶劑可以為水，醇，多元醇等。醇的實(shí)例包括乙醇，甲醇，丁醇，異丙醇等。溶劑的含量調(diào)整為每1ml陽(yáng)離子交換聚合物溶液中含有0.1～1mg陽(yáng)離子交換聚合物。
使用Nafion，具有磺?；蛄柞；鹊木酆衔镒鳛殛?yáng)離子交換聚合物。該聚合物的實(shí)例包括磺化聚酰亞胺，磺化聚醚酮，磺化聚苯乙烯，磺化聚砜及其混合物。Nafion是指全氟碳磺酸陽(yáng)離子交換樹脂。另外，可以使用聚砜，全氟羧酸，苯乙烯-乙烯基苯磺酸等作為陽(yáng)離子交換聚合物。
接著，向包含陽(yáng)離子交換聚合物的溶液中加入催化金屬前體或催化金屬前體溶液，然后混合。該催化劑金屬前體是指包含選自下列中的至少一種金屬的前體Pt，Ru，Pd，Rh，Ir，Os和Au。使用H2PtCl4、H2PtCl6、K2PtCl4、H2PtCl6或其混合物作為Pt前體。使用RuCl3、(NH4)2[RuCl6]或(NH4)2[RuCl5H2O]作為Ru前體，使用H2[AuCl4]、(NH4)2[AuCl4]或H[Au(NO3)4]H2O作為Au前體。在合金催化劑的情況下，使用混合比相應(yīng)于所需的金屬原子比的金屬前體混合物。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中，基于100重量份的催化金屬前體，陽(yáng)離子交換聚合物的含量?jī)?yōu)選為4～40重量份。如果陽(yáng)離子交換聚合物的含量小于4重量份，則當(dāng)金屬顆粒形成時(shí)，在溶液中發(fā)生聚結(jié)，因而催化金屬顆粒的粒度可以增加。如果陽(yáng)離子交換聚合物的含量大于40重量份，則金屬顆粒具有高度疏水的表面，因而沒(méi)有均勻地?fù)?dān)載在碳上。
通過(guò)將催化金屬前體與溶劑如水、醇、乙二醇等混合，制得催化金屬前體溶液。該催化金屬前體溶液中的催化金屬前體的含量?jī)?yōu)選為0.1～100mg/ml。如果催化金屬前體的含量大于100mg/ml，則由于不穩(wěn)定性金屬顆粒沉淀。如果催化金屬前體的含量小于0.1mg/ml，則還原的金屬顆粒不可能附著于碳上，因而，它不是優(yōu)選的。
將所得到的混合物的pH調(diào)整至7～12，具體地，調(diào)整至約8，然后加熱至70～90℃。在相同的溫度下，向混合物中加入還原劑或包含還原劑的溶液并攪拌，將催化金屬前體的金屬離子還原為催化金屬顆粒。
利用堿如NaOH水溶液，將混合物的pH調(diào)整至預(yù)定范圍。如果加熱溫度小于70℃，則促進(jìn)還原的作用很小。如果加熱溫度大于90℃，則由于還原太快，難于預(yù)期均勻的還原，并且催化金屬顆粒的粒度增加。所述還原劑將催化金屬前體還原成相應(yīng)的催化金屬。還原劑的實(shí)例包括甲醛，甲酸，多元醇，肼，硼氫化鈉，氫氣等。多元醇的實(shí)例包括乙二醇，丙三醇，二乙二醇，三乙二醇等。
當(dāng)使用包含還原劑的溶液時(shí)，與所述還原劑混合的溶劑可以與當(dāng)制備包含催化金屬前體的溶液時(shí)所使用的相同?；?摩爾的催化金屬前體，還原劑的含量為5～50摩爾?；?00重量份的包含還原劑的溶液，包含還原劑的溶液中的還原劑的含量?jī)?yōu)選為2～10重量份。
接著，將產(chǎn)物冷卻到室溫(25℃)并向其中加入催化劑載體。隨后，加入沉淀劑并攪拌預(yù)定時(shí)間。催化劑載體沒(méi)有具體限定，可以是，例如選自下列中的至少一種Vulcan，科琴黑，乙炔黑，活性炭粉末，碳分子篩，碳納米管，具有微孔的活性炭，及中孔炭?；?00重量份的金屬催化劑，催化劑載體的含量為65～400重量份。如果催化劑載體的含量小于65重量份，則催化金屬顆粒的粒度可能增加。如果催化劑載體的含量大于400重量份，則該擔(dān)載量不足以用作燃料電池催化劑。
使用酸性溶液作為沉淀劑，其實(shí)例包括HCl溶液、NaNO3、NaCl溶液等。HCl溶液的濃度為1～3M。
所用的沉淀劑的量?jī)?yōu)選大到使整個(gè)溶液的pH為3或更低的程度。
沉淀通過(guò)攪拌形成，然后過(guò)濾并用過(guò)量的去離子水洗滌。干燥所得到的粉末形成擔(dān)載催化劑。干燥在50～100℃下進(jìn)行。
在擔(dān)載催化劑中，平均粒度為2～5nm的催化金屬顆粒均勻地分散在催化劑載體上，因而，可以得到進(jìn)一步改善的催化活性。在本說(shuō)明書中，當(dāng)催化金屬顆粒為球形時(shí)，平均粒度是指平均顆粒直徑。
在本實(shí)施方案的擔(dān)載催化劑中，如果催化金屬顆粒的平均粒度超出了上述范圍，那么根據(jù)催化活性，它不是優(yōu)選的。
本實(shí)施方案的擔(dān)載催化劑是高度分散的擔(dān)載催化劑。在本說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“高度分散”是指擔(dān)載在多孔性催化劑載體上的催化金屬顆粒的平均粒度與常規(guī)擔(dān)載催化劑相比非常小，并且催化金屬顆粒均勻地分散在碳上而沒(méi)有聚結(jié)。
參照?qǐng)D2，本實(shí)施方案的高度分散的擔(dān)載催化劑10包含多孔性催化劑載體11，吸附到該催化劑載體11上的催化金屬顆粒12，陽(yáng)離子交換聚合物(所謂的“離聚物”)13。在金屬顆粒還原之前，引入陽(yáng)離子交換聚合物，并預(yù)期防止催化劑顆粒在還原過(guò)程中聚結(jié)，及當(dāng)應(yīng)用于燃料電池時(shí)促進(jìn)質(zhì)子傳導(dǎo)，因?yàn)樗嬖谟诖呋饘兕w粒之間。
基于100重量份多孔性催化劑載體，陽(yáng)離子交換聚合物的含量為1～10重量份。基于100重量份催化劑，催化金屬顆粒的含量為20～61重量份。
在本實(shí)施方案中，吸附到催化劑載體上的顆粒為選自下列中的至少一種Pt、Ru、Pd、Rh、Ir、Os和Au。
擔(dān)載催化劑可以用于燃料電池的電極催化劑層。另外，擔(dān)載催化劑用作各種化學(xué)反應(yīng)如氫化、脫氫、耦合、氧化、異構(gòu)化、脫羧、加氫裂化、烷基化等的催化劑。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D3更詳細(xì)地描述在陰極層的形成中利用擔(dān)載催化劑的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的直接甲醇燃料電池(DMFC)。
參照?qǐng)D3，本實(shí)施方案的DMFC包括向其供應(yīng)燃料的陽(yáng)極32，向其供應(yīng)氧化劑的陰極30，及介于該陽(yáng)極32和陰極30之間的電解液膜40。通常，陽(yáng)極32包括陽(yáng)極擴(kuò)散層22和陽(yáng)極催化劑層33，陰極30包括陰極擴(kuò)散層34和陰極催化劑層31。陽(yáng)極催化劑層和陰極催化劑層由上述擔(dān)載催化劑構(gòu)成。
雙極板50包括向陽(yáng)極32供應(yīng)燃料的通道并充當(dāng)將在陽(yáng)極32中產(chǎn)生的電子傳遞到外電路或鄰近單元電池中的電子導(dǎo)體。雙極板50包括向陰極30供應(yīng)氧化劑的通道并充當(dāng)將從外電路或鄰近單元電池供應(yīng)的電子傳遞到陰極30的電子導(dǎo)體。在DMFC中，通常使用甲醇水溶液作為供應(yīng)給陽(yáng)極32的燃料，使用空氣作為供應(yīng)給陰極30的氧化劑。
經(jīng)過(guò)陽(yáng)極擴(kuò)散層22傳遞到陽(yáng)極催化劑層33的甲醇水溶液分解成電子，氫離子，二氧化碳等。氫離子經(jīng)過(guò)電解液膜40遷移到陰極催化劑層31，電子遷移到外電路，二氧化碳排出。在陰極催化劑層31中，經(jīng)過(guò)電解液膜40遷移的氫離子，從外電路供應(yīng)的電子，及經(jīng)過(guò)陰極擴(kuò)散層32傳遞的空氣中的氧反應(yīng)產(chǎn)生水。
在該DMFC中，電解液膜30充當(dāng)氫離子導(dǎo)體、電子絕緣體、隔板等。當(dāng)電解液膜30充當(dāng)隔板時(shí)，它防止未反應(yīng)的燃料傳遞到陰極30，或者防止未反應(yīng)的氧化劑傳遞到陽(yáng)極32。
通常使用陽(yáng)離子交換聚合物，如在它們的主鏈中具有氟化亞烷基并且在氟化乙烯基醚側(cè)鏈的末端具有磺酸基的全氟磺酸-基聚合物(例如由DuPont制造的Nafion)作為DMFC的電解液膜30的材料。
將參考下面的實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。下面的實(shí)施例是為了說(shuō)明性目的，并不意味著限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1將10ml乙醇放入到250ml圓底燒瓶中，并向其中加入133mg的5％重量Nafion溶液(可以從DuPont得到)。然后，加入8.1ml在乙二醇中的六氯鉑(IV)酸溶液(Pt含量7.4mg Pt/ml EG)，隨后加入4.5ml氫氧化鈉(1M)溶液，直到pH達(dá)到8。在攪拌約30分鐘后，將混合物加熱到80℃。
接著，滴加7ml在醇中的甲醛溶液(3.7％重量)并攪拌，然后冷卻到室溫。向所得到的混合物中加入90mg Vulcan XC-72并通過(guò)攪拌均勻地混合。在加入9.1ml作為沉淀劑的1.5M HCl水溶液后，攪拌混合物6小時(shí)，然后過(guò)濾并用去離子水洗滌。
在70℃的烘箱中干燥產(chǎn)物，制得40％重量Pt/C顆粒。通過(guò)TEM分析測(cè)得的Pt/C顆粒的平均粒度為約2.5～3nm(圖4)。
實(shí)施例2按照與實(shí)施例1相同的方法制備20％重量Pt/C顆粒，所不同的是，使用65.7mg Nafion溶液、4ml在乙二醇中的六氯鉑(IV)酸溶液(Pt含量7.4mgPt/ml EG)和2.5ml 1M氫氧化鈉溶液。通過(guò)TEM分析測(cè)得的Pt/C顆粒的平均粒度為約2nm。
實(shí)施例3按照與實(shí)施例1相同的方法制備20％重量-10％重量PtRu/C顆粒，所不同的是，使用99mg Nafion溶液，同時(shí)加入4ml在乙二醇中的六氯鉑(IV)酸溶液(Pt含量7.4mg Pt/ml EG)和2ml RuCl3溶液(Ru含量7.4ml Ru/mlEG)，并且使用10ml 1M氫氧化鈉溶液。通過(guò)TEM分析測(cè)得的PtRu/C顆粒的平均粒度為約2nm。
實(shí)施例4按照與實(shí)施例3相同的方法制備30％重量-15％重量PtRu/C顆粒，所不同的是，使用148mg Nafion溶液，同時(shí)加入4ml在乙二醇中的六氯鉑(IV)酸溶液(Pt含量7.4mg Pt/ml EG)和2ml RuCl3溶液(Ru含量7.4ml Ru/mlEG)，并且使用10ml 1M氫氧化鈉溶液。通過(guò)TEM分析測(cè)得的PtRu/C顆粒的平均粒度為約2.5nm。
比較實(shí)施例3和4中制備PtRu/C的方法與日本專利待審公開2003-123775中公開的方法，盡管兩種方法均利用陽(yáng)離子交換聚合物制備催化劑，但是根據(jù)實(shí)施例3和4制得的催化金屬顆粒比所引用的文獻(xiàn)中的小，因?yàn)檫€原是在大氣壓和低于90℃的溫度下進(jìn)行的。如上所述，如果還原劑以高于90℃的溫度加入，則催化劑顆粒由于還原太快而變大。
實(shí)施例5-7按照與實(shí)施例1相同的方法制備40％重量的Pt/C顆粒，所不同的是，使用科琴黑(Ketjen Black)(KB，比表面積800m2/g)，多壁碳納米管(MWCNT，比表面積200m2/g)和Denka黑(DB，比表面積67m2/g)代替Vulcan XC-72。通過(guò)XRD分析測(cè)量，采用KB載體、MWCNT載體和DB載體的Pt/C顆粒的平均粒度分別為2.4nm、2.9nm和2.3nm。
對(duì)比例1按照與實(shí)施例1相同的方法制備40％重量的Pt/C顆粒，所不同的是，沒(méi)有使用Nafion溶液。通過(guò)TEM分析測(cè)得的Pt/C顆粒的平均粒度為約7nm(圖5)。
參照?qǐng)D4和5，可以看出根據(jù)實(shí)施例1的擔(dān)載催化劑顆粒的平均粒度小于根據(jù)對(duì)比例1的擔(dān)載催化劑顆粒。
同時(shí)，對(duì)于根據(jù)實(shí)施例1和對(duì)比例1的擔(dān)載催化劑，進(jìn)行X-射線衍射(XRD)分析，結(jié)果示于圖6中。
參照?qǐng)D6，實(shí)施例1的XRD(a)譜具有比對(duì)比例1的XRD(b)譜更寬的峰，表明實(shí)施例1的催化金屬顆粒的粒度小于對(duì)比例1的催化金屬顆粒。換言之，陽(yáng)離子交換聚合物防止Pt顆粒之間的聚結(jié)，因而小催化劑顆粒擔(dān)載在碳載體上。
實(shí)施例8燃料電池的制備使用實(shí)施例1制得的Pt/C催化劑作為陰極催化劑，使用Nafion115膜(DuPont)作為單電池的電解液膜。
通過(guò)超聲波和攪拌均勻地混合32mg 40％重量Pt/C(實(shí)施例1)、水和4ml乙醇。向該混合物中加入70mg 5％重量Nafion溶液并通過(guò)超聲波混合30分鐘，獲得均勻的形成催化劑層的組合物。
接著，將該組合物施加到擴(kuò)散層(面積2.5×5cm2)，制得貴金屬擔(dān)載量為1mg Pt/cm2的陰極。
將20％重量-10％重量PtRu/C(Johnson Matthey Inc.)施加到陽(yáng)極擴(kuò)散層(面積2.5×5cm2)，制得貴金屬擔(dān)載量為2mg Pt/cm2的陽(yáng)極。
將Nafion溶液噴涂在陰極和陽(yáng)極上并干燥，以便陰極和陽(yáng)極上的干Nafion擔(dān)載量為1mg/cm2。在130℃下熱壓電解液膜兩側(cè)的陰極和陽(yáng)極2分鐘，形成單電池。在單電池中，陰極在約90℃下運(yùn)行。單電池的有效面積為4cm2，將1M甲醇溶液以1ml/分鐘的流速供應(yīng)給陽(yáng)極，并在0.2Mpa的壓力下將氧供應(yīng)給陰極。
對(duì)比例2燃料電池的制備按照與實(shí)施例8相同的方法制備燃料電池，所不同的是，對(duì)比例1的Pt/C催化劑代替實(shí)施例1的Pt/C催化劑。
參考例1按照與實(shí)施例1相同的方法制備燃料電池，所不同的是，使用40％重量Pt/C(Johnson Matthey Inc.)作為陰極催化劑，使用20％重量-10％重量PtRu/C作為陽(yáng)極催化劑。
對(duì)于實(shí)施例8和對(duì)比例2制得的燃料電池，研究了電壓和電流密度之間的關(guān)系，結(jié)果示于圖7中。
參照?qǐng)D7，可以看出實(shí)施例8的燃料電池具有比對(duì)比例2的燃料電池更好的電池效率。
對(duì)于實(shí)施例8和參考例1制得的燃料電池，研究了電壓和電流密度之間的關(guān)系，結(jié)果示于圖8中。
從圖8中可以看出，利用陽(yáng)離子交換聚合物可以合成高度分散的40％重量Pt/C，并且可以確保比商業(yè)上可以得到的催化劑更好的電池效率。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制備擔(dān)載催化劑的方法，提供高度分散的擔(dān)載催化劑，其包含平均粒度減小的催化金屬顆粒，不管催化劑載體的類型。催化金屬的擔(dān)載量相同的情況下，高度分散的擔(dān)載催化劑由于催化金屬顆粒的平均粒度減小而具有比常規(guī)催化劑更好的催化活性。
盡管已經(jīng)參考其示例性的實(shí)施方案具體地說(shuō)明和描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解其中可以進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)上的變化，而不脫離如所附的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種制備擔(dān)載催化劑的方法，該方法包括將陽(yáng)離子交換聚合物溶解在溶劑中，制得包含陽(yáng)離子交換聚合物的溶液；將該包含陽(yáng)離子交換聚合物的溶液與催化金屬前體或含有催化金屬前體的溶液混合；在將它的pH調(diào)整至預(yù)定范圍后，加熱該混合物；向所得產(chǎn)物中加入還原劑并攪拌該溶液，以還原所述催化金屬前體；將所得產(chǎn)物與催化劑載體混合；向所得產(chǎn)物中加入沉淀劑形成沉淀；及過(guò)濾并干燥該沉淀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述陽(yáng)離子交換聚合物為選自下列中的至少一種全氟碳磺酸陽(yáng)離子交換樹脂、磺化聚酰亞胺、磺化聚醚酮、磺化聚苯乙烯和磺化聚砜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中基于100重量份的催化金屬前體，所述陽(yáng)離子交換聚合物的含量為4～40重量份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述包含陽(yáng)離子交換聚合物的溶液與催化金屬前體或包含催化金屬前體的溶液的混合物的pH為7～12。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述還原劑為選自下列中的至少一種甲醛、甲酸、多元醇、肼、硼氫化鈉和氫氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述沉淀劑為酸性溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述包含陽(yáng)離子交換聚合物的溶液與催化金屬前體或包含催化金屬前體的溶液的混合物在70～90℃下加熱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述催化金屬前體為選自下列中的至少一種H2PtCl4、H2PtCl6、K2PtCl4、H2PtCl6、(NH4)2[RuCl6]、(NH4)2[RuCl5H2O]、H2[AuCl4]、(NH4)2[AuCl4]、H[Au(NO3)4]H2O和RuCl3。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述催化金屬前體在包含催化金屬前體的溶液中的含量為0.1～100mg/ml。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述催化劑載體為選自下列中的至少一種Vulcan、科琴黑、乙炔黑、活性炭粉末、碳分子篩、碳納米管、具有微孔的活性炭和中孔炭。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述擔(dān)載催化劑用于制備燃料電池的陰極或陽(yáng)極。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述溶劑為選自下列中的至少一種多元醇、醇和水。
13.一種根據(jù)權(quán)利要求1～12中任一項(xiàng)的方法制備的擔(dān)載催化劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的擔(dān)載催化劑，其中催化金屬顆粒的平均粒度為2～5nm。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的擔(dān)載催化劑，其中基于100重量份所述催化劑載體，陽(yáng)離子交換聚合物的含量為1～10重量份。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制備擔(dān)載催化劑的方法，該方法包括將陽(yáng)離子交換聚合物溶解在醇中，制得包含陽(yáng)離子交換聚合物的溶液；將該包含陽(yáng)離子交換聚合物的溶液與催化金屬前體或包含催化金屬前體的溶液混合；在將它的pH調(diào)整至預(yù)定范圍后，加熱該混合物；向產(chǎn)物中加入還原劑并攪拌溶液，還原所述催化金屬前體；將產(chǎn)物與催化劑載體混合；向產(chǎn)物中加入沉淀劑形成沉淀；及過(guò)濾并干燥該沉淀。所述制備擔(dān)載催化劑的方法可以提供高度分散的擔(dān)載催化劑，其包含平均粒度減小的催化金屬顆粒，不管催化劑載體的類型。催化金屬的擔(dān)載量相同的情況下，所述高度分散的擔(dān)載催化劑由于催化金屬顆粒的平均粒度減小具有比常規(guī)催化劑更好的催化活性。
文檔編號(hào)B01J37/02GK1806921SQ20061000505
公開日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2006年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月20日
發(fā)明者樸燦鎬, 張赫, 劉大鐘, 李雪娥, 孫公權(quán), 姜魯華, 辛勤 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社