[发明专利]一种燃料电池催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池催化剂及其制备方法。

背景技术

直接液体燃料电池是一种直接采用液体燃料(甲醇、甲酸、乙醇等液体燃料)和空气中的氧气将化学能转换成电能的电化学反应装置。由于它能量转换效率高，结构简单，安全可靠，清洁干净，不需要复杂的外加设备比如重整，加热、冷却装置，压力泵，风扇等，被认为是最有可能首先实现商业化应用，在小型便携式移动电源和传感器等领域具有很广阔的应用前景。

目前，直接液体燃料电池一般采用以贵金属Pt或Pd为主要活性成分负载在具有高的比表面积和好的导电性的碳载体上面，但是由于Pt或Pd催化剂在使用过程中很容易发生中毒现象，从而降低了催化剂的活性。为了提高催化剂的抗毒化能力，研究者提出了通过对Pt或Pd修饰来降低其毒化效应比如说制备Pt或Pd和其它金属的二元或多元合金，寻找更合适的催化剂载体比如碳纳米管，及利用金属氧化物来提高其活性等.也有研究者提出不同的改进制备方法来提高相应催化剂的性能如中国专利02155255.X，02116449.5，200710031598.0.但这些方法提高抗毒化能力的作用不明显。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种具有良好抗毒化能力的燃料电池催化剂。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种燃料电池催化剂，包括，

复合载体，由稀土氧化物与碳载体制备；

贵金属，负载在所述复合载体上。

优选的，所述稀土氧化物为原子序数为57到71的15种镧系元素以及钪和钇共十七种元素的氧化物。

优选的，所述贵金属为Pt、Pd、Au、Ir、Ru、Rh、Ag和Os其中的一种或多种组成，

优选的，所述碳载体为碳纳米管、活性炭、碳纤维、石墨烯或碳凝胶。

本发明还提供了一种燃料电池催化剂的制备方法，包括：

a)将碳载体与含有稀土元素的酸式盐溶液混合，得到悬浮液；

b)用碱性物质沉淀所述悬浮液中的稀土元素，得到稀土元素的氢氧化物复合的碳载体；

c)将所述稀土元素的氢氧化物复合的碳载体烧结，得到复合载体；

d)将贵金属的前驱体与所述复合载体混合，微波烧结得到燃料电池催化剂。

优选的，所述稀土氧化物的酸式盐为稀土元素的硝酸盐、硫酸盐或盐酸盐。

优选的，所述贵金属的前驱体为H₄PtCl₆、PtCl₄、PtCl₂(NH₃)₂、H₄PdCl₆、PdCl₄、PdCl₂(NH₃)₂、H₄AuCl₆、AuCl₄、AuCl₂(NH₃)₂。

优选的，所述碳载体为碳纳米管、活性炭、碳纤维、石墨烯或碳凝胶。

优选的，步骤a)具体为：a1)将稀土氧化物溶解在浓硝酸中，得到含有稀土元素的酸式盐溶液；

a2)用1∶1的乙醇与二次水进行稀释所述酸式盐溶液；

a3)将碳载体与所述酸式盐溶液混合，得到悬浮液。

优选的，步骤d)具体为：

d1)将所述复合载体与贵金属的所述贵金属的前驱体混合分散在乙二醇中，得到乙二醇悬浮液

d2)将所述乙二醇悬浮液pH值调节至10.5～11.5，；

d3)将步骤d2)得到的碱性乙二醇悬浮液进行微波烧结30～180s，过滤除去滤液后得到燃料电池催化剂。

本发明提供的催化剂是由稀土氧化物掺杂碳载体再负载贵金属得到的，所述贵金属具有很高的催化活性，碳载体具有很好的导电性及表面积，由于贵金属与稀土氧化物具有很好的亲和力，所以负载后不易剥落，也不会因为长时间使用而失去活性，另外所述稀土氧化物本身就具有很丰富的外层电子以及能够提供含氧基团，与催化剂的活性成分贵金属相结合能够提供催化剂的电催化活性；最重要的是本发明提供的催化剂中稀土氧化物能够通过电子效应及双功能机理加快燃料电池反应的中间产物的分解和吸附，从而提高催化剂的抗毒化能力。本发明提供的催化剂可以用于直接甲醇燃料电池，直接甲酸燃料电池，直接乙醇燃料电池的催化反应。