[发明专利]燃料电池用碳载有序铂钴铜催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池用碳载有序铂钴铜催化剂及其制备方法，属于电化学技术领域，该催化剂的质量百分比组成为：载体碳：70‑85％，铂：10‑20％，铜：2.5‑7.5％，钴：2.5‑7.5％。本发明采用氢气和氩气混合气体为还原剂，通过高温退火处理制备得到结构有序铂钴铜催化剂PtCoCu/C‑700。本发明制备的结构有序化催化剂具有Pt载量低、催化活性高和化学稳定性高等优点，将促进燃料电池进一步发展。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池用碳载有序铂钴铜催化剂及其制备方法，该催化剂为一种碳载原子排布有序铂钴铜催化剂(PtCoCu)，属于电化学技术领域。

技术背景

随着社会的快速发展，环境问题变得愈发严峻。因此，寻找新的清洁能源变得尤为重要。燃料电池是一种将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置，具有能量密度高、低污染、方便充电、结构简单等优点。

目前，燃料电池用催化剂主要为铂(Pt)基催化剂，但是地球的铂金属的储量有限，价格昂贵，并且铂(Pt)基催化剂的使用寿命较短，这些缺点制约着燃料电池商业化的发展。

因此，开发一种高效低铂燃料电池用催化剂，降低催化剂成本，提高催化剂的催化活性和使用寿命，就成为该技术领域急需解决的技术难题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种制备简单，成本较低，Pt比表面积大、利用率高、高催化活性和稳定性好的燃料电池催化剂。

为了实现本发明的上述目的，采用以下技术方案：

一种燃料电池用碳载有序铂钴铜催化剂，由载体和活性组分构成，其质量百分比组成为：载体碳：70-85％，铂：10-20％，铜：2.5-7.5％，钴：2.5-7.5％，所述活性组分为结构有序的铂钴铜合金，其结构为面心四方(fct)。

优选地，所述质量百分比组成为：载体碳：80％，铂：15％，铜：2.5％，钴：2.5％。

优选地，所述质量百分比组成为：载体碳：70％，铂：20％，铜：5％，钴：5％。

优选地，所述质量百分比组成为：载体碳：85％，铂：10％，铜：2.5％，钴：2.5％。

优选地，所述质量百分比组成为：载体碳：75％，铂：10％，铜：7.5％，钴：7.5％。

优选地，所述载体碳为XC-72炭黑。

本发明的另一目是提供上述燃料电池用碳载有序铂钴铜合金催化剂的制备方法。

一种燃料电池用碳载铂钴铜催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)在少量去离子水中加入碳粉、可溶性铜盐、钴盐和铂盐，使得混合溶液中的碳、铂离子、铜离子、铁离子的质量比为(70-85):(10-20):(2.5-7.5):(2.5-7.5)，磁力搅拌、超声分散，使混合溶液混合均匀，得到混合溶液；

(2)将步骤(1)得到的混合溶液烘箱干燥，然后研磨成粉末；

(3)将步骤(2)中的粉末在氢气氩气混合气条件下，利用管式炉进行高温还原，得到碳载合金铂钴铜催化剂(PtCoCu/C)；

(4)将步骤(3)中的碳载合金钯铜铁催化剂在氢气氩气混合气条件下，用管式炉进行高温退火，得到有序结构的碳载铂钴铜催化剂。

优选地，步骤(1)中，所述混合溶液中的碳、铂离子、铜离子、铁离子的质量比为80:15:2.5:2.5。

优选地，步骤(1)中，所述的可溶性铜盐为氯化铜，钴盐为氯化钴，铂盐为氯铂酸，所述的炭粉为XC-72导电炭黑。

优选地，步骤(1)中，所述的超声分散在室温下进行，超声分散时间为0.5～2h。