[发明专利]催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明实施例公开了一种催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂包括石墨烯基载体和负载在所述石墨烯基载体上的Pt基合金，所述Pt基合金为Pt和金属M的合金，所述金属M选自Pd、W、Sn、Au、Ni、Cr和Co中的至少一种，所述石墨烯基载体定向排列，所述石墨烯基载体与所述Pt基合金的质量比为2～4；所述Pt与所述金属M的摩尔比为1～3。通过采用一步还原法使Pt和金属M在石墨烯基载体上原位合成Pt基合金，并通过施加电场，使石墨烯基载体定向排列。Pt基合金改变了Pt的原子结构，提高了Pt的抗CO毒性能力，石墨烯基载体具有较大的比表面积和较佳的导电性，能够增强Pt基合金的催化活性和抗CO毒性能力。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，更具体地，涉及一种催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

质子交换膜燃料电池(proton ex-change membrane fuel cell，PEMFC或PEM燃料电池)属于燃料电池的一种，因其工作温度低、启动快、能量密度高、重量轻、易组装、可靠性高、环保等优点，得到科研工作者的广泛关注，具有广泛应用到汽车领域、电子领域、航天领域等的巨大潜力。

PEM燃料电池的单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，质子交换膜(protonexchange membrane，PEM)位于阳极和阴极的中间，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，质子交换膜作为电解质，在质子交换膜和阴、阳极之间均设有催化剂，催化剂能够加速电极的电化学反应。

膜电极组件(Membrane Electrode Assemblies，MEA)是质子交换膜燃料电池的重要结构，其包括质子交换膜、位于质子交换膜两侧的气体扩散层、以及位于气体扩散层与质子交换膜之间的阳极催化剂层和阴极催化剂层，上述各层经层压制得膜电极组件。将膜电极组件与双极板交替叠合构成燃料电池电堆。

PEM燃料电池阳极催化剂的CO中毒问题是影响电池性能的关键问题之一。已经被商用的催化剂为Pt/C催化剂，即将铂负载在具有多孔结构的碳材料上，该催化剂的抗CO毒性低，非常少量的CO，即使只有25ppm，也能使催化剂活性降低50％。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种抗CO毒性更强的催化剂。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种催化剂，包括石墨烯基载体和负载在所述石墨烯基载体上的Pt基合金，所述Pt基合金为Pt和金属M的合金，所述金属M选自Pd、W、Sn、Au、Ni、Cr和Co中的至少一种，所述石墨烯基载体定向排列，所述石墨烯基载体与所述Pt基合金的质量比为2～4；所述Pt与所述金属M的摩尔比为1～3。

优选地，所述石墨烯基载体为还原氧化石墨烯。

优选地，还包括间隔物，所述间隔物位于相邻的两层所述石墨烯基载体之间，所述间隔物与所述石墨烯基载体的质量比为5～10。

优选地，所述间隔物选自炭黑、碳纳米管、碳纤维、碳纳米笼和螺旋碳纳米线圈中的至少一种。

本发明的目的之二是提供上述催化剂的制备方法，通过简单、易控、适合大规模生产的制备工艺得到抗CO毒性更强的催化剂。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种催化剂的制备方法，包括以下过程：

提供石墨烯基载体前体、Pt前体和金属M前体；

将所述石墨烯基载体前体、所述Pt前体和所述金属M前体分散于还原剂中，混合均匀，得混合液，其中，所述Pt前体中的Pt的摩尔量与所述金属M前体中的金属M的摩尔量之比为1～3，所述石墨烯基载体前体的质量与所述Pt和所述金属M的总质量之比为2～4；