[发明专利]燃料电池用电化学去合金化的PdCu催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及了一种燃料电池用PdCu催化剂，所述燃料电池用PdCu催化剂的形貌在空心纳米球状至实心纳米正八面体状至实心正方体结构中可控。具体方法为取三嵌段共聚物P123超声溶解在二次蒸馏水中；向P123溶液中加入氯钯酸钾、无水氯化铜和碘化钾的混合溶液，超声搅拌溶解，得到均质的混合溶液；将混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜内胆中，放入高压反应釜中，置于干燥箱内反应；反应完成后自然冷却至室温，离心分离，用二次蒸馏水和无水乙醇洗涤，得到燃料电池用PdCu催化剂。P123作为保护剂和还原剂，碘化钾作为形貌控制剂，所得PdCu催化剂分散性好且拥有不同的特殊形貌和多级结构，具备优异的催化氧化甲醇性能、抗毒化性能以及耐久性，是一种极具发展前景的催化剂。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，涉及催化剂合成、形貌调控及电化学去合金化，尤其是涉及了一种燃料电池用PdCu催化剂的制备方法、去合金化及其应用。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将燃料和氧化剂的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置，具有燃料多样化、噪音低和污染小等优点，是一种高效清洁绿色环保的能量转换装置。PEMFC是缓解能源短缺、环境污染和全球变暖的一种重要途径，其能量转换效率不受卡诺循环限制，高达60~80%，实际使用效率是内燃机的2~3倍。目前用于燃料电池的催化剂主要为Pt基催化剂，但由于Pt储量少、价格贵、抗毒化能力和催化稳定性差，严重制约了Pt基催化剂和燃料电池的大规模商业化应用。Pd和Pt处于同一主族，均为面心立方结构、在碱性介质中拥有和Pt相当的催化活性、其储量为贵金属Pt的50倍、且抗毒化能力和稳定性优于Pt。因此Pd作为Pt的代替，得到了广泛而深入的研究。

引入非贵金属和过渡金属(Cu、Co、Ni、Fe等)与Pd形成合金，既可以减少Pd的用量，又可以利用合金效应提高催化剂的催化活性和稳定性。另一方面，制备具有规整形貌、特殊结构以及良好分散性的催化剂也是提升催化性能的重要方法。特殊的形貌和结构能极大的增大催化剂的比表面积，从而提高催化活性；电化学去合金化能溶解催化剂表面的非贵金属，使得更多的隐藏催化位点暴露，增大催化剂的电化学活性面积和表面粗糙度。而且，电化学去合金化能促使合金结构催化剂变成核壳结构，其结构由合金核和粗糙的富Pd壳层组成。这种特殊的核壳结构和粗糙表面由于拉伸应变效应和表面粗糙效应能极大增强催化剂的催化性能。除此之外，电化学去合金化也能除掉催化剂表面在合成过程中吸附的保护剂和形貌控制剂以及表面杂质，得到拥有洁净表面的催化剂。另外，电化学去合金化也能提高催化剂的分散性，减少团聚。本发明引入非贵金属Cu，采用一锅水热合成法，三嵌段共聚物P123作为保护剂和还原剂，碘化钾作为形貌控制剂，制备出分散性好、形貌规整且具备优异的催化氧化甲醇性能的PdCu催化剂。然后利用非贵金属Cu易溶于酸的特点，对制得的PdCu催化剂实施电化学去合金化等后处理方法，进一步提高PdCu催化剂的催化性能和分散性。

发明内容