[发明专利]一种用于催化燃料电池电极反应的催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于催化剂技术领域，涉及一种用于催化燃料电池电极反应的催化剂及其制备方法。所述的催化剂包含催化活性物质，所述的催化活性物质包含至少一种金属或其化合物，该金属或其化合物中的金属元素由组成和/或丰度较天然有所改变的非放射性同位素构成，其中至少一种非放射性同位素的丰度在天然丰度的基础上改变1/20以上且不低于20％。利用本发明的用于催化燃料电池电极反应的催化剂及其制备方法，能够使得到的催化剂具有更好的催化性能。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，涉及一种用于催化燃料电池电极反应的催化剂及其制备方法。

背景技术

燃料电池可以将化学能通过电极直接转换为电能，因此在军事、交通、家用等诸多领域用途广泛，是新能源技术领域的研究热点。

燃料电池电极反应主要包括阳极氧化反应和阴极还原反应，通过催化剂来辅助完成，催化剂包含种类较多，目前主要是金属催化剂。

甲醇氧化反应属于燃料电池的阳极氧化反应，在阳极层内催化剂催化甲醇燃料(液态或气态)发生氧化反应，反应产物包括：CO₂、6个质子和电子，质子和电子经过不同形式到阴极层，CO₂气体从阳极排出。对于甲醇氧化反应，现有的Pt或其复合催化剂容易中毒，催化活性也有待提高。

氧气还原反应属于燃料电池的阴极还原反应，它是涉及多电子、多步骤的电化学反应，反应动力学非常慢。尽管经过了60多年的广泛而深入的研究，到目前为止，还没有找到一种能够在较低过电势下快速实现阴极氧气还原的催化剂，即使是在氧还原活性最好的Pt基催化剂上，氧气还原反应的过电势通常要达到300mV左右。综上所述，燃料电池电极反应催化材料一直是制约燃料电池发展的瓶颈之一，因此，开发高性能的燃料电池电极反应催化材料具有重要意义。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种用于催化燃料电池电极反应的催化剂，以能够具有更好的催化性能。

为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种用于催化燃料电池电极反应的催化剂，所述的催化剂包含催化活性物质，所述的催化活性物质包含至少一种金属或其化合物，该金属或其化合物中的金属元素由组成和/或丰度较天然有所改变的非放射性同位素构成，其中至少一种非放射性同位素的丰度在天然丰度的基础上改变1/20以上且不低于20％。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种用于催化燃料电池电极反应的催化剂，其中所述的燃料电池电极反应是甲醇氧化反应。

在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种用于催化燃料电池电极反应的催化剂，其中所述的至少一种金属或其化合物是金属铂(铂元素同位素天然丰度为：Pt-190为0.01％，Pt-192为0.79％，Pt-194为32.9％，Pt-195为33.8％，Pt-196为25.3％，Pt-198为7.2％)或其化合物。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种用于催化燃料电池电极反应的催化剂，其中所述的燃料电池电极反应是氧气还原反应。

在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种用于催化燃料电池电极反应的催化剂，其中所述的至少一种金属或其化合物是金属铂或金属铁(铁元素同位素天然丰度为：Fe-54为5.8％，Fe-56为91.72％，Fe-57为2.2％，Fe-58为0.28％)或其化合物。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种用于催化燃料电池电极反应的催化剂，其中所述的催化剂还包含催化辅助物质，所述的催化活性物质与所述的催化辅助物质的质量比为1:0.1-10。

在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种用于催化燃料电池电极反应的催化剂，其中所述的催化辅助物质包含助催化剂，选自钴、金、钯、镍、稀土元素中的一种或几种。