[发明专利]一种非晶PtSe电催化剂及其制备和应用

说明书

一种非晶PtSe/C电催化剂，所述非晶PtSe/C电催化剂中，Se为无定型相，Pt则以高分散的形式嵌入非晶Se中，无团聚相；所述电催化剂中Pt：Se原子比为10:1～1:10；所述电催化剂中，Pt及Se的总质量分数为5～100％。与现有技术相比，本发明无需额外还原剂和稳定剂，合成路线简单易行，所得PtSe/C电催化剂具有优良的耐磷酸毒化性能。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体的说涉及一种以磷酸掺杂膜为电解质膜的高温燃料电池氧还原催化剂。

背景技术

与低温(100℃)质子交换膜燃料电池相比，高温(100℃)质子交换膜燃料电池具有电极反应动力学速率快、电催化剂抗CO等毒物能力提高、反应物和产物均为气相而使得水热管理较为简单等优势，作为绿色高效发电装置，在移动电源、便携电站等领域具有广阔的应用前景[1]，近年来引起了研究者广泛的兴趣。但是，高温质子交换膜燃料电池在使用过程中依然存在一些问题。首先，经过近十年的研究，发现通常采用的高温膜磷酸掺杂的聚苯并咪唑(PBI)在高达200℃的条件下具有较好的稳定性和较高的质子传导率，但是磷酸在Pt基催化剂表面吸附强，造成催化剂毒化，影响电催化剂的活性。

磷酸在Pt表面吸附具有结构敏感型，即磷酸及其解离物种更易在三个连续的 Pt原子构成的“three-fold sites”表面发生吸附。由此可推测，高分散状态的Pt，即无连续Pt“three-fold sites”存在的电催化剂将具有优良的耐磷酸毒化性能。 PtSe催化剂由于其独特的电子结构，用于ORR电催化剂具有耐甲醇毒化性能 (Journal of Power Sources171,2007,471-476)，但是制备过程中Se的掺杂量较低 (Pt:Se原子比低于1:1)且保持Pt的晶体结构(Phys.Status Solidi A,211,No.9,2014)，在磷酸电解质中ORR性能依然会有所降低。本发明中降低Pt：Se原子比，Se 热解与Pt还原同时完成，得到无定形Se为基质，Pt分散于Se中得到非晶PtSe 电催化剂。本制备路线条件温和，无需还原剂、额外保护剂及后处理，过程简便易行。所得非晶PtSe/C电催化剂具有优良的耐磷酸毒化性能。

发明内容

一种非晶PtSe电催化剂，所述非晶PtSe电催化剂中Se为无定型相，所述非晶PtSe电催化剂中Pt:Se原子比为1:1～1:10；Pt:Se原子比低于1:1，出现晶相，耐磷酸性能下降，Pt:Se高于1:10，ORR活性急剧下降；所述非晶PtSe电催化剂为非担载型催化剂或碳载催化剂，所述非晶PtSe电催化剂中Pt与Se的总含量为5％～100％。

所述非晶PtSe电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)取Pt前体盐以及Se的前体盐分别溶于溶剂中得前体溶液；

2)分别取Pt前体盐溶液以及Se的前体盐溶液，混合；

3)用强碱溶液将步骤2)所述前体盐溶液pH值调至碱性；

4)将步骤3)所得混合液加热并保温反应；

5)体系降温后，不加入或加入碳载体并混合均匀；

6)加入酸性溶液将体系pH值调至酸性，破乳待分层；

7)反应结束后将浆液过滤，用水洗涤、真空干燥。

所述的非晶PtSe/C电催化剂的制备方法，

步骤(1)中所述的Pt前体盐包含H₂PtCl₆、K₂PtCl₄、Na₂PtCl₄、PtCl₄、Pt(NH₃)₄、 Pt(NH₃)₂Cl₂中的一种或者两种以上，所述的Pt前体盐常温下在乙二醇中易溶解，低于200℃下能被乙二醇还原；