铂碳催化剂

1. 铂碳催化剂的定义与组成

铂碳催化剂（Pt/C）是将铂（Pt）纳米颗粒负载在碳材料（如活性炭、碳黑、石墨烯等）上的复合催化剂，是电化学和化工领域中应用最广泛的贵金属催化剂之一。其核心组成包括：

活性组分：铂纳米颗粒（粒径1-5nm），负载量通常为10%~60%（质量分数）。

载体：多孔碳材料（如Vulcan XC-72碳黑、碳纳米管），提供高比表面积（200-1500 m²/g）和导电性。

辅助成分：有时添加过渡金属（如钴、镍）或氧化物，形成合金或核壳结构以降低成本或提升性能。

2. 制备方法

原理：在碳载体表面还原铂前驱体（如H₂PtCl₆）生成铂颗粒。

工艺：

碳载体预处理（酸洗、氧化提高表面活性基团）。

浸渍铂盐溶液，搅拌吸附。

加入还原剂（如NaBH₄、乙二醇）或高温氢气还原。

特点：操作简单，但粒径分布不均。

（2）电化学沉积法

原理：在电场作用下将铂离子沉积到碳载体表面。

优势：可精确控制铂颗粒尺寸和分布，适合制备高活性催化剂。

（3）溶胶-凝胶法

流程：将铂前驱体与碳材料在溶胶体系中混合，经凝胶化、干燥、煅烧形成复合催化剂。

应用：适用于制备高分散性、高稳定性的Pt/C催化剂。

3. 主要应用领域

（1）氢燃料电池

作用：作为阴极氧还原反应（ORR）和阳极氢氧化反应（HOR）的催化剂，提升电池效率。

性能要求：高比活性（＞0.1 A/mg Pt）、耐久性（＞5000次循环）。

（2）化工加氢反应

应用：硝基苯加氢制苯胺、醛酮加氢制醇等。

优势：高选择性，可减少副反应。

（3）环保领域

VOCs处理：催化氧化挥发性有机物（如苯、甲醛）为CO₂和H₂O。

汽车尾气净化：三效催化剂（TWC）中辅助降低NOx和CO排放。

（4）电解水制氢

析氢反应（HER）：铂碳催化剂加速质子还原生成氢气，效率远超普通电极。