[发明专利]金属催化剂及其量产制备方法和燃料电池

说明书

本发明公开了一种金属催化剂及其量产制备方法和应用。所述金属催化剂的量产制备方法包括的步骤有：将金属催化剂的金属前驱体盐、载体和还原性溶剂在保护气氛中进行混合处理，获得混合物溶剂；将所述混合物溶剂在若干温度区间中进行热解还原反应，生成金属催化剂；其中，所述若干温度区间的温度是由低到高的梯度升高，且所述混合物溶剂由低温区间向高温区间动态受热进行所述热解还原反应。所述量产制备方法使得生成的金属颗粒均匀分散并担载在所述载体上，且金属颗粒粒径均匀，具有高催化活性。另外，所述量产制备方法工艺条件能够稳定控制，能够工业化的大规模生产，从而有效降低了金属催化剂的生成成本。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池催化剂及其量产制备方法和应用。

背景技术

燃料电池是一种不经过燃烧直接将燃料的化学能以电化学反应方式转变为电能的发电装置，被认为是21世纪最有发展前景的发电技术之一，主要包括质子交换膜燃料电池、直接醇类燃料电池等，其具有能量密度高、启动快、能量转化效率高等优点。

其中，质子交换膜燃料电池技术是一种高效、清洁的能量转换装置，有望解决世界能源危机和环境污染问题，在电动汽车、便携式电源及固定电站等领域具有广阔的应用前景。贵金属Pt及其合金是质子交换膜燃料电池目前最有效的催化剂。然而Pt为稀缺资源，价格昂贵，导致燃料电池的成本居高不下，严重制约了质子交换膜燃料的商业化进程。

精确控制Pt颗粒粒径和Pt颗粒在载体上的分散度对提高催化剂性能，降低Pt的用量至关重要。目前在实验室和小批量级别能够制备高度分散、粒径可控的燃料电池催化剂。但在大批量生产过程中，控制Pt颗粒粒径和在载体上的分散度依然是一个挑战。因此，开发大批量、高度分散、颗粒粒径燃料电池用催化剂合成工艺非常重要，能够推进质子交换膜燃料电池商业化进程，而且也是本领域一直努力解决的一个技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种金属催化剂及其量产制备方法，以解决现有燃料电池金属催化剂制备方法难以大量生产和高度分散和粒径适当的具有高效催化性能金属催化剂的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种燃料电池，以解决现有燃料电池所含金属催化活性不理想不理想的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种金属催化剂的量产制备方法，包括如下步骤：

将金属催化剂的金属前驱体盐、载体和还原性溶剂在保护气氛中进行混合处理，获得混合物溶剂；

将所述混合物溶剂在若干温度区间中进行热解还原反应，生成金属催化剂；其中，所述若干温度区间的温度是由低到高的梯度升高，且所述混合物溶剂由低温区间向高温区间动态受热进行所述热解还原反应。

本发明的另一方面，提供了一种金属催化剂。所述金属催化剂由本发明量产制备方法制备形成。

本发明的再一方面，提供了一种燃料电池。所述燃料电池包括本发明金属催化剂。

与现有技术相比，本发明具有以下的技术效果：

本发明金属催化剂的量产制备方法通过将金属前驱体盐与载体的混合物溶剂在低到高的梯度升高的若干温度区间进行动态受热并而进行热解还原反应，从而使得金属前驱体盐生成的金属颗粒能够均匀分散并担载在所述载体上，而且金属颗粒粒径均匀，粒径大小为纳米级，从而赋予制备的金属催化剂具有高催化活性。另外，所述量产制备方法工艺条件能够稳定控制，能够保证生成的金属催化剂催化性能和结构稳定，金属颗粒形貌和粒径均匀，更主要的是能够工业化的大规模生产，从而有效降低了金属催化剂的生成成本。

本发明金属催化剂所含的金属颗粒能够均匀分散并担载在所述载体上，而且金属颗粒粒径均匀，粒径大小为纳米级，具有高催化活性。

本发明燃料电池由于包含本发明金属催化剂，这样，本发明燃料电池功率密度高，电化学性能得到明显提高。