[发明专利]一种碳载贵金属合金催化剂、其制备方法及用途

说明书

本发明提供了一种碳载贵金属合金催化剂、其制备方法及用途，所述方法包括：1)配制糖和模板盐的水溶液，调节pH，进行水热碳化反应；2)对水热碳化产物干燥；3)在惰性气体和氢气的混合气体气氛中进行一次热处理，得到碳载过渡金属；4)将所得碳载过渡金属分散于水中，形成碳载过渡金属水溶液，加入贵金属前驱体溶液和还原剂，反应，干燥；5)将所得干燥产物在惰性气体气氛下进行二次热处理，得到碳载贵金属合金催化剂。本发明所得催化剂不仅具有较高的催化剂催化活性，而且耐久性好，其LSV曲线的始电位和半波电位均优于商业铂碳催化剂，经3000次循环后耐久性也优于商业催化剂，具有良好的氧还原催化性能。

技术领域

本发明属于燃料电池阴极催化剂的合成技术领域，碳载贵金属合金催化剂、其制备方法及用途。

背景技术

面对化石能源紧张、全球环境污染等一系列严重问题，发展清洁能源技术变得刻不容缓。其中燃料电池是一种直接以化学反应方式将燃料的化学能转换为电能的能量转换装置，以其绿色、高效而受到世界的关注。但是燃料电池高昂的成本限制了其商业化进程，其中由于铂催化剂的贵金属资源稀缺价格昂贵，而导致催化剂成本过高。为降低铂的使用量，提高催化剂的氧化还原活性，过渡金属与铂形成的铂合金催化剂成为研究热点。

目前大多数制备铂合金催化剂的方法是金属前驱体被还原后沉积在碳载体或离子交换到碳载体上，比如CN 101826623A公开了一种质子交换膜燃料电池Pt-Ru/C催化剂的制备方法，包括：1)装碳载体置于装有硫酸、硝酸或双氧水的体系中，边搅拌边加热，使硫酸、硝酸或双氧水回流，处理6～12h后，将载体过滤、洗涤至中性，干燥后备用；2)分别配置浓度为20mmol/L氯化钌溶液、20mmol/L的氯铂酸溶液和有机溶剂混合液；将氯化钌溶液与有机溶剂混合液按一定比例混合后，滴加少量正丁醇，室温下搅拌均匀后，用微波进行间歇性处理，当混合溶液颜色由浅灰色变成浅黑色时，加入一定体积的氯铂酸溶液，搅拌均匀后再用微波进行间歇性处理；从而得到合金混合液；3)向合金混合液中加入碳载体，搅拌均匀，继续用微波进行间歇性处理，即得到未经干燥的Pt-Ru/C催化剂。CN 102553582A公开了一种制备碳载金铂或金钯催化剂的方法，包括：1)在Au(Ⅲ)含量为0.01～0.04wt％氯金酸和Pt(Ⅳ)含量为0.01～0.04wt％氯铂酸的混合水溶液或乙醇溶液中，金:铂的质量比为1:0.25～4，然后在此溶液中加入浓度为1wt％的聚乙烯吡咯烷酮做保护剂，再加入浓度为0.1wt％的还原剂，其中Au(Ⅲ)：聚乙烯吡咯烷酮：还原剂的质量比为1:2～5:0.1～0.5，Pt(Ⅳ)：聚乙烯吡咯烷酮：还原剂的质量比为0.25～4:2～5:0.1～0.5，按60～300转/分的速度搅拌0.5～1h，反应温度为10～50℃，得到粒子尺寸为3～10纳米的金铂复合胶体溶液；2)将金铂复合胶体溶液在2～6个标准大气压，微波频率为915～2450MHz的条件下将温度加热至100～250℃，保持处理1～8min，得到微波处理过的金铂复合胶体溶液；3)将碳黑或碳纳米管加入到微波处理过金铂复合胶体溶液中，保持金铂：碳黑的质量比为1～30：100，超声波处理0.15h后，在60～300转/分的速率下搅拌2～24h，然后过滤，用去二次水洗涤至无法检测出Cl-，在60℃真空条件下干燥1～3h，得到高活性碳载金铂纳米催化剂；4)将未经干燥的Pt-Ru/C催化剂过滤、洗涤，在60℃下真空干燥8-16h，即得到Pt-Ru/C催化剂。

但是，上述方法因其与碳载体的结合力不够而导致过渡金属在碳载上易迁移脱落，降低氧还原催化效果，同时耐久性降低。

因而，有必要开发一种新型的催化剂的制备方法在提高催化效果的同时保证其良好的耐久性。

发明内容