含铂催化剂中铂含量的测定

　　铂催化剂作为过渡贵金属催化剂在石油化工、硅橡胶合成、燃料电池等领域有着广泛的应用.目前,铂催化剂大多为负载型催化剂,这些负载型超细金属催化剂具有金属粒径小、分散度高、活性表面积大和表面能高的特点,因而表现出许多独特的催化性能。

 

　　面对能源危机的严重挑战,世界各国都在致力于寻找开发能替代传统能源的新能源.20世纪60年代,美国通用电气公司(GeneralElectricInC.GE)为美国宇航局成功开发出聚合物电解质膜燃料电池:即质子交换膜燃料电池(ProtonExchangeMem2braneFuelCell,PEMFC),开创了燃料电池在工程中的应用,其催化剂为纯铂黑.接着又采用铂/碳催化剂替代纯铂黑,并在电极催化层中加入全氟磺酸树脂,实现了电极的立体化,并将阴极、阳极与膜热压到一起,组成电极)膜)电极三合一组件(EMA).并在电极内建立起质子通道,扩展了电极反应的三相界面,增加了铂的利用率,大幅度提高了电池的性能.

 

　　由于所用的催化剂为贵金属铂,贵金属催化剂用量太高,将导致成本大大提高,这样会限制它的实际使用.另一方面,由于废铂催化剂需要制定合理的工艺来高效回收.因此,精确地测定催化剂中铂的实际含量,具有非常重要的意义.各类不同铂催化剂中铂含量测定的研究已有报道。但大多数方法溶液配制复杂或测试灵敏度较低.本文作者提出采用化学方法首先得到稳定性较好的铂IV,随后加显色剂,进行测定,建立了一种测定碳载铂含量的较好方法,该方法简便,灵敏度高,结果令人满意.

 

1 实验材料与方法

 

1.1 试剂及溶液的制备

 

　　铂粉优级纯,为北京新华化学试剂厂生产(含量99.99%);氯铂酸分析纯,为北京化学试剂公司生产;氯化亚锡分析纯,为北京化学试剂公司生产.

 

(1)铂标准溶液1mg/mL.在电子天平上准确称取0.1g纯铂粉,将它溶解于4mL王水中,

蒸发溶液至近干,再加4mL浓盐酸和0.1g的Na2Cl,蒸发溶液至干.将固体溶于20mL的HCl(1B1),并定容到100mL的容量瓶中.

 

(2)氯化亚锡显色液溶液.用25%盐酸配置1mol/L的SnCl2溶液.

 

(3)氯铂酸溶液0.98mg/mL.在电子天平上准确称取0.9803g氯铂酸(H2PtCl6#6H2O)加水溶解,定容到100mL容量瓶中,用10mL移液管移取10.0mL此溶液到100mL容量瓶中,加水定容到100mL.

 

　　本实验所用试剂均为分析纯,所用的水为二次蒸馏水.

 

1.2 仪器

 

　　UV_2102PC紫外可见分光光度计.

 

2 实验方法及测定结果

 

2.1 试验方法

 

　　铂在化合物中以(+)和(+)两种氧化态存在,且铂()的化合物稳定性最好.因此,在进行铂含量测定时,用化学方法尽量将铂转化为稳定性好的铂(),随后加显色剂,进行比色测定.测定铂的分光光度法有多种,本研究采用的方法是在稀盐酸溶液中,氯化亚锡与铂()反应产生黄橙色络合物,用紫外可见分光光度计测定在最大吸收峰时的波长,由最大吸收峰的波所对应的吸光度可计算得到铂的含量.

 

　　在实际测定铂化合物中铂含量时,首先需要通过一系列已知标准浓度的铂溶液进行紫外可见分光光度法测定,得到每个已知浓度的紫外可见分光光度计中最大吸收时的波长及其对应的吸光度.从中可以得到一条浓度与最大吸光度的关系曲线,即标准曲线.通过标准曲线就可以用分光光度计法测得铂化合物中铂的含量.

 

2.2 标准曲线的测定

 

　　用5mL移液管分别取铂()标准溶液0.5mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL于4个50mL容量瓶中,各加10mL氯化亚锡显色液,用0.3mol/L稀盐酸稀释定容到50mL,溶液立即显示出从黄色到黄橙色各种不同颜色.显色后在5min内到紫外可见分光光度计中进行测定,得到了不同铂标准液浓度的波长与吸光度曲线.对于每一种浓度的波长与吸光度曲线都有最大吸收峰,这个峰值都处在400nm处.当标准铂浓度c(mg/mL)为:0.010、0.20、0.030、0.04时,最大吸光度A分别为:0.9359、1.2863、1.8045、2.1840.将铂浓度c与吸光度A的关系进行线性回归,最终得出标准曲线拟合方程,其相关系数为0.9972.

c=0.0235A-0.0113(1)

 

2.3 样品测定

 

(1)分析纯氯铂酸铂含量的测定.用移液管取氯铂酸(0.98mg/mL)溶液5mL和10mL分别置于50mL容量瓶中,加10mL氯化亚锡显色液,用0.3mol/mL的稀盐酸稀释定容到50mL.显色后在5min内到紫外可见分光光度计中分别进行测定,两种溶液的最大吸收峰仍稳定在400nm处,吸光度分别为2.0378A和2.0427A,将这两个数代入拟合式(1)中,得到稀释溶液中铂的浓度,通过计算最终得到分析纯氯铂酸中铂含量,测定结果见表1.

 

 

(2)碳载铂催化剂样品的测定.用电子天平准确称取测试样品0.03~0.06g之间,加王水3mL蒸发溶液至近干.再加2mL浓盐酸及少许NaCl蒸发溶液至近干,用水溶解过滤,将滤液全部转移到100mL容量瓶中.再用(1B1)盐酸稀释定容到100mL.取样品溶液5mL,加显色剂2mL,用0.3mol/L稀溶液稀释定容到50mL.取样在400nm处测定吸光度,将吸光度值代入拟合方程,通过计算就可得到铂含量.测定结果见表2.

 

 

3 结论

 

　　通过对标准铂溶液作标准曲线,可以得到铂含量的计算公式,其它样品配制成溶液后用紫外2可见分光光度计在400nm处测定其吸收峰,将吸收峰值代入式(1)中很快就可算出铂的含量.实验表明这是一种简便而有效的测定铂含量的方法.此法对含铂催化剂的制备和性能研究将有一定帮助. 铂催化剂作为过渡贵金属催化剂在石油化工、硅橡胶合成、燃料电池等领域有着广泛的应用.目前,铂催化剂大多为负载型催化剂,这些负载型超细金属催化剂具有金属粒径小、分散度高、活性表面积大和表面能高的特点,因而表现出许多独特的催化性能。

 

　　面对能源危机的严重挑战,世界各国都在致力于寻找开发能替代传统能源的新能源.20世纪60年代,美国通用电气公司(GeneralElectricInC.GE)为美国宇航局成功开发出聚合物电解质膜燃料电池:即质子交换膜燃料电池(ProtonExchangeMem2braneFuelCell,PEMFC),开创了燃料电池在工程中的应用,其催化剂为纯铂黑.接着又采用铂/碳催化剂替代纯铂黑,并在电极催化层中加入全氟磺酸树脂,实现了电极的立体化,并将阴极、阳极与膜热压到一起,组成电极)膜)电极三合一组件(EMA).并在电极内建立起质子通道,扩展了电极反应的三相界面,增加了铂的利用率,大幅度提高了电池的性能.

 

　　由于所用的催化剂为贵金属铂,贵金属催化剂用量太高,将导致成本大大提高,这样会限制它的实际使用.另一方面,由于废铂催化剂需要制定合理的工艺来高效回收.因此,精确地测定催化剂中铂的实际含量,具有非常重要的意义.各类不同铂催化剂中铂含量测定的研究已有报道。但大多数方法溶液配制复杂或测试灵敏度较低.本文作者提出采用化学方法首先得到稳定性较好的铂IV,随后加显色剂,进行测定,建立了一种测定碳载铂含量的较好方法,该方法简便,灵敏度高,结果令人满意.

 

1 实验材料与方法

 

1.1 试剂及溶液的制备

 

　　铂粉优级纯,为北京新华化学试剂厂生产(含量99.99%);氯铂酸分析纯,为北京化学试剂公司生产;氯化亚锡分析纯,为北京化学试剂公司生产.

 

(1)铂标准溶液1mg/mL.在电子天平上准确称取0.1g纯铂粉,将它溶解于4mL王水中,

蒸发溶液至近干,再加4mL浓盐酸和0.1g的Na2Cl,蒸发溶液至干.将固体溶于20mL的HCl(1B1),并定容到100mL的容量瓶中.

 

(2)氯化亚锡显色液溶液.用25%盐酸配置1mol/L的SnCl2溶液.

 

(3)氯铂酸溶液0.98mg/mL.在电子天平上准确称取0.9803g氯铂酸(H2PtCl6#6H2O)加水溶解,定容到100mL容量瓶中,用10mL移液管移取10.0mL此溶液到100mL容量瓶中,加水定容到100mL.

 

　　本实验所用试剂均为分析纯,所用的水为二次蒸馏水.

 

1.2 仪器

 

UV_2102PC紫外可见分光光度计.

 

2 实验方法及测定结果

 

2.1 试验方法

 

　　铂在化合物中以(+)和(+)两种氧化态存在,且铂()的化合物稳定性最好.因此,在进行铂含量测定时,用化学方法尽量将铂转化为稳定性好的铂(),随后加显色剂,进行比色测定.测定铂的分光光度法有多种,本研究采用的方法是在稀盐酸溶液中,氯化亚锡与铂()反应产生黄橙色络合物,用紫外可见分光光度计测定在最大吸收峰时的波长,由最大吸收峰的波所对应的吸光度可计算得到铂的含量.

 

　　在实际测定铂化合物中铂含量时,首先需要通过一系列已知标准浓度的铂溶液进行紫外可见分光光度法测定,得到每个已知浓度的紫外可见分光光度计中最大吸收时的波长及其对应的吸光度.从中可以得到一条浓度与最大吸光度的关系曲线,即标准曲线.通过标准曲线就可以用分光光度计法测得铂化合物中铂的含量.

 

2.2 标准曲线的测定

 

　　用5mL移液管分别取铂()标准溶液0.5mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL于4个50mL容量瓶中,各加10mL氯化亚锡显色液,用0.3mol/L稀盐酸稀释定容到50mL,溶液立即显示出从黄色到黄橙色各种不同颜色.显色后在5min内到紫外可见分光光度计中进行测定,得到了不同铂标准液浓度的波长与吸光度曲线.对于每一种浓度的波长与吸光度曲线都有最大吸收峰,这个峰值都处在400nm处.当标准铂浓度c(mg/mL)为:0.010、0.20、0.030、0.04时,最大吸光度A分别为:0.9359、1.2863、1.8045、2.1840.将铂浓度c与吸光度A的关系进行线性回归,最终得出标准曲线拟合方程,其相关系数为0.9972.

c=0.0235A-0.0113(1)

 

2.3 样品测定

 

(1)分析纯氯铂酸铂含量的测定.用移液管取氯铂酸(0.98mg/mL)溶液5mL和10mL分别置于50mL容量瓶中,加10mL氯化亚锡显色液,用0.3mol/mL的稀盐酸稀释定容到50mL.显色后在5min内到紫外可见分光光度计中分别进行测定,两种溶液的最大吸收峰仍稳定在400nm处,吸光度分别为2.0378A和2.0427A,将这两个数代入拟合式(1)中,得到稀释溶液中铂的浓度,通过计算最终得到分析纯氯铂酸中铂含量,测定结果见表1.

 

(2)碳载铂催化剂样品的测定.用电子天平准确称取测试样品0.03~0.06g之间,加王水3mL蒸发溶液至近干.再加2mL浓盐酸及少许NaCl蒸发溶液至近干,用水溶解过滤,将滤液全部转移到100mL容量瓶中.再用(1B1)盐酸稀释定容到100mL.取样品溶液5mL,加显色剂2mL,用0.3mol/L稀溶液稀释定容到50mL.取样在400nm处测定吸光度,将吸光度值代入拟合方程,通过计算就可得到铂含量.测定结果见表2.

 

3 结论

 

　　通过对标准铂溶液作标准曲线,可以得到铂含量的计算公式,其它样品配制成溶液后用紫外2可见分光光度计在400nm处测定其吸收峰,将吸收峰值代入式(1)中很快就可算出铂的含量.实验表明这是一种简便而有效的测定铂含量的方法.此法对含铂催化剂的制备和性能研究将有一定帮助.