[发明专利]用于燃料电池氧还原反应的金属纳米电催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池技术与新能源材料技术领域，具体涉及到一种碳载铂-钴-镍三元金属纳米电催化剂颗粒及其制备方法和应用。

背景技术

燃料电池是新能源领域重点发展的方向之一，它具有高效、清洁和低噪音等优点，已受到各国政府和科学家的高度重视。燃料电池采用的氧化剂一般为氧气，因此氧还原反应就构成了燃料电池运行过程中的一个非常重要的反应。对氧还原反应具有优异电催化活性的金属为金属铂（Pt），但铂是一种价格昂贵的金属，从而极大地限制了它在燃料电池中的实际应用。因此将铂和其它价格便宜且常见的金属组成金属合金或复合物，将其用于氧还原反应的电催化剂，不仅极大地降低铂的用量，而且还增强铂的电催化活性，这是燃料电池氧还原反应电催化剂开发的一个主要的方向，对燃料电池的实际应用具有重要的意义。本发明采用水热法，在还原剂存在下将金属铂、钴和镍一起沉积于碳粉上，形成碳载的铂-钴-镍三元纳米金属催化剂颗粒，这种催化剂颗粒不仅大大降低了金属铂的用量，而且它们对氧还原反应的电催化活性相对于纯的纳米铂颗粒而言有显著的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于燃料电池氧还原反应的碳载铂-钴-镍三元金属纳米电催化剂，其对氧还原反应的起始电位有明显增加（正移）、氧还原反应电流密度有明显增加，并且这种三元金属纳米电催化剂中金属铂的用量大大下降。

本发明的目的是还供了一种用于燃料电池氧还原反应的碳载铂-钴-镍三元金属纳米电催化剂的制备方法。

为达到上述目的，本发明的实施方案为：一种用于燃料电池氧还原反应的金属纳米电催化剂的制备方法，用EDTA作络合剂，NaBH₄作还原剂，采用水热法一步将H₂PtCl₆+碳粉混合溶液还原成碳载金属纳米催化剂；具体步骤以下：

（1）将H₂PtCl₆溶液置于水热反应釜中，依次加入络合剂EDTA和Vulcan XC-72碳粉，在常温下进行超声处理，滴加NaBH₄溶液；所述Vulcan XC-72碳粉的量为金属催化剂颗粒Pt质量的40~60%；

（2）将反应釜加热到140~200^oC后保持6~12小时；

（3）反应完成后将反应釜冷却至室温，反应液过滤，所得纳米催化剂颗粒依次用纯水洗和无水乙醇洗，即得到碳载纳米Pt金属纳米电催化剂；

所述H₂PtCl₆溶液的浓度是2~10 mM，络合剂EDTA的浓度为40~200 mM，超声处理的时间为5~20 min，NaBH₄溶液的质量百分浓度为3~10%。

一种用于燃料电池氧还原反应的金属纳米电催化剂的制备方法，用EDTA作络合剂，NaBH₄作还原剂，采用水热法一步将H₂PtCl₆+ CoCl₂+NiCl₂+碳粉混合溶液还原成碳载金属纳米催化剂；具体步骤以下：

（1）将H₂PtCl₆+ CoCl₂+NiCl₂溶液置于水热反应釜中，依次加入络合剂EDTA和Vulcan XC-72碳粉，在常温下进行超声处理，滴加NaBH₄溶液；所述Vulcan XC-72碳粉的量为金属催化剂颗粒Pt+Co+Ni总质量的40~60%；

（2）将反应釜加热到140~200^oC后保持6~12小时；

（3）反应完成后将反应釜冷却至室温，反应液过滤，所得纳米催化剂颗粒依次用纯水洗和无水乙醇洗，即得到碳载纳米Pt+Co+Ni金属纳米电催化剂；

所述H₂PtCl₆溶液的浓度是2~10 mM，CoCl₂的浓度是0.8~4 mM，NiCl₂的浓度是0.8~4 mM，络合剂EDTA的浓度为40~200 mM，超声处理的时间为5~20 min，NaBH₄溶液的质量百分浓度为3~10%。

所述的纯水洗是：用纯水洗两次，每次1mL；所述的无水乙醇洗是：用无水乙醇洗两次，每次1mL。

一种按照上述的用于燃料电池氧还原反应的金属纳米电催化剂的制备方法制备的金属纳米电催化剂。