[发明专利]一种燃料电池阳极催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种燃料电池阳极催化剂的制备方法，包括：将碳粉与氮化钛粉混合后烧结，得到烧结产物；将所述烧结产物与铂前驱体、乙二醇和pH调节剂混合，得到悬浊液；将所述悬浊液进行微波化学反应，得到反应产物；将所述反应产物进行干燥和烧结，得到燃料电池阳极催化剂。本发明以氮化碳、碳化钛为载体，制备氮掺杂的铂基催化剂，该催化剂用于电催化领域的高温质子交换膜燃料电池，具有抗硫化物毒化性能，电池阳极能耐受含ppm级的硫化氢杂质。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，尤其涉及一种燃料电池阳极催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

电催化剂是燃料电池的重要部分，在燃料电池中需求量较大。燃料电池催化剂由于自身容易被一氧化碳、硫等物质毒化，对氢气燃料的纯度要求推升了燃料电池使用成本。现有技术使用钌、锡、金、铁等过渡金属为抗毒化组分，提高铂对甲醇和一氧化碳的抗毒化性能；但燃料电池催化剂在高温耐硫毒性方面还有待进一步的提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种燃料电池阳极催化剂及其制备方法和应用，本发明提供的燃料电池阳极催化剂具有较好的耐硫毒化性能。

本发明提供了一种燃料电池阳极催化剂的制备方法，包括：

将碳粉与氮化钛粉混合后烧结，得到烧结产物；

将所述烧结产物与铂前驱体、乙二醇和pH调节剂混合，得到悬浊液；

将所述悬浊液进行微波化学反应，得到反应产物；

将所述反应产物进行干燥和烧结，得到燃料电池阳极催化剂。

优选的，所述碳粉与氮化钛粉混合后烧结时烧结的气氛为氮气-氨气气氛。

优选的，所述碳粉与氮化钛粉混合后烧结时烧结的温度为600～900℃。

优选的，所述铂前驱体选自氯铂酸、氯铂酸钠和氯铂酸钾中的一种或几种。

优选的，将所述反应产物进行干燥和烧结时烧结的气氛为氮气-氢气气氛。

优选的，将所述反应产物进行干燥和烧结时烧结的温度为300～800℃。

优选的，所述碳粉与氮化钛粉的质量比为(100～200)：(100～400)。

优选的，所述碳粉与铂前驱体中铂的质量比为(100～200)：200。

本发明提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的燃料电池阳极催化剂。

本发明提供了一种上述技术方案所述的燃料电池阳极催化剂在燃料电池中的应用。

本发明提供的燃料电池阳极催化剂主要以铂为主催化组分，氮化钛-氮化碳为助催化组分，通过氨气-氮气气氛处理和氮气-氢气还原烧结方法，实现催化剂的氮掺杂，使其具有高温耐硫毒性能。

本发明通过催化剂的氮掺杂过程，降低毒化物的吸附，提升催化剂高温下的耐硫毒化性能，在高温质子交换膜燃料电池中，提高对含硫燃料的阳极活性。本发明将制备的催化剂与聚苯并咪唑和N-N二甲基乙酰胺混合，喷涂于多孔碳纸表面，载量为1mgPt/cm²，作为高温磷酸燃料电池的阳极催化层，分别使用高纯氢气、含硫化氢10ppm的氢气作为阳极燃料，对比燃料电池在电流密度200mA/cm²时的电压变化，结果表明本发明制备的催化剂具有优良的耐硫毒化性能。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的铂-氮化钛-氮化碳催化剂在20nm标尺下的透射电镜照片；

图2为本发明实施例1制备的铂-氮化钛-氮化碳催化剂的X射线衍射图；

图3为本发明实施例1制备的铂-氮化钛-氮化碳催化剂的燃料电池阳极耐毒化极化曲线；