制備鉑碳催化劑的無機膠體方法

　　燃料電池是一種高效、環境友好的發電裝置，它直接將貯存在燃料與氧化劑中的化學能轉化爲電能。在環境與能源備受關注的今天，燃料電池的研究與開發越來越受到各國政府的重視。

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)具有能量转化功效高，比能量大，启动敏捷和环境友好等一系列优点，是未来功效最高及最干净的发电技术之一。膜电极(Membrane&Electrode Assembly，MEA)是PEMFC最关键的部件，是PEMFC電化學反应能高效进行的核心，膜电极通常由气体扩散层、催化剂层和质子交换膜组成。气体扩散层一般采用经聚四氟乙烯(PTFE)处置的碳纸或碳布。电催化剂采用负载型铂/碳(Pt/C)或铂-钌/碳(Pt-Ru/C)，它是目前氢/氧(H2/O2)或氢/空气(H2/air)PEMFC的首选高活性电催化剂。质子交换膜一般采用具有高的质子传导能力的全氟磺酸型质子交换膜(如美国杜邦公司的Nafion系列膜)。

電催化劑是使PEMFC中燃料和氧化劑分別完成氧化和還原反應不可缺少的條件。迄今爲止，對于以氫爲燃料的PEMFC，Pt仍然是催化活性最高，性能最穩定的電催化劑。在PEMFC環境下，Pt催化的氫、氧電極過程如下：

由于貴金屬Pt的資源和價格問題，PEMFC一般采用負載型Pt/C催化劑，即將金屬Pt顆粒負載在導電碳黑外表。爲了滿足PEMFC大電流工作的要求，所用Pt/C催化劑中Pt的載量高達20％～40％，且爲了獲得高的Pt使用率，要求催化劑中Pt的顆粒細小、分布均勻且無團聚現象。

傳統的Pt/C催化劑制備方法要紧有浸漬還原法、離子交換法、Bnnemann法、插層化合物合成法及有機膠體法等，用這些傳統方法制備Pt/C催化劑存在很多問題：譬如浸漬還原法和離子交換法制備的Pt/C催化劑Pt顆粒粒徑較大，Pt粒子容易團聚；插層化合物合成法及Bnnemann法成本高，反應條件較爲苛刻，制備過程複雜，同时産物中雜質含量相對較高；有機膠體法工藝條件難于控制，中文产品分離困難。爲了解決上述問題，近年來許多研究者一方面對傳統方法進行改進，如在浸漬還原法基礎上改進的液相沈積還原法和多元醇法，在浸漬還原法的基礎上發展而來的固相反應法等；另一方面使用一些新技術和新方法，如微乳液法、微波法和真空濺射法等。由于電催化劑的制備方法和制備工藝決定電催化劑的結構，進而影響其性能，因而Pt/C催化劑制備方法和工藝的研究一直是近幾年質子交換膜燃料電池領域的研發熱點。