[发明专利]一种碳负载PtNiY催化剂材料及其制备方法

说明书

本发明属于电池催化剂技术领域，涉及到碳负载PtNiY催化剂材料的制备方法。本发明通过以乙酰丙酮铂、乙酰丙酮镍和乙酰丙酮钇水合物分散在N,N‑二甲基甲酰胺中，水热反应生成铂镍钇三元金属，再负载在碳黑上得到碳负载铂镍钇催化剂，该催化剂具有高的催化性能和良好的循环稳定性，且制备方法条件温和，工艺易控制。

技术领域

本发明属于电池催化剂领域，具体涉及碳负载PtNiY催化剂材料的制备方法。

背景技术

能源作为人类社会经济快速发展的基本驱动力，在人们的生活和工作中扮演着重要的角色。众所周知，地球上化石燃料储量非常有限并日益枯竭，难以满足人类社会长期发展的需求。而质子交换膜燃料电池(PEMFC)技术作为一种极具发展前景和可持续性清洁能源技术，在过去几十年里在技术成熟度和商业化方面取得了长足的进步，但是其真正应用还需要对高效、廉价和稳定的催化剂材料进一步探索和优化。

传统的商业Pt/C催化剂经过多年的优化和发展，其性能基本已经达到了最优，但满足实际的需要仍有较大的差距，非铂催化剂虽然在碱性条件下表现出较高的ORR性能，但是在酸性条件下与Pt/C催化剂在起始电位和半波电位还存在相当大的差距；Wu等人《Shapeand Composition-Comtrolled Platinum Alloy Nanocrtstals Using Carbon Monoxideas Reducing Agent.Nano Lett.2011》等人通过在液体中使用以CO气体还原剂的方法，可以制备形貌可控的立方和八面体PtNi材料，其立方和八面体PtNi材料比活性分别为0.85和1.26 mAcm_pt^-2，该技术方案存在一个显著的问题，CO是有毒气体，不适合商业中大规模制备，对人体存在危险性；Gao等人《Pt-based trimetallic nanocrystals with highproportions of M (M＝Fe,Ni)metals for catalyzing oxygen reductionreaction.International Journal of Hydrogen Energy.2020》通过在热退火675℃条件下，制备出PtNiFe三元贵金属催化剂，质量活性达到了0.73Amg_pt^-1，这一技术方案为由于各元素表面能的不同，表面低的铂原子在退火过程中有从亚表面到表面分离的倾向，这样的优势是使内部铂原子暴露出来，提高了Pt的利用率，但是该技术方案存在半波电位与商业40％Pt/C几乎相同，并未有明显的提升。

发明内容

技术问题：在电池催化剂技术领域，迄今为止还未获得同时兼具有制备条件温和、无危险还原剂、ORR性能优异、耐久性良好的催化剂。

技术问题解决方案：为了获得同时兼具有制备条件温和、无危险还原剂、ORR性能优异、耐久性良好的催化剂，本发明提供一种碳负载PtNiY催化剂材料及其制备方法。本发明采用的技术方案为：以水热法制备铂镍钇三元金属，再负载在碳黑上，得到碳负载铂镍钇催化剂，具体制备方法包括以下步骤：

步骤1)将乙酰丙酮铂、乙酰丙酮镍以及乙酰丙酮钇水合物分散在N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌分散后进行水热反应得到混合溶液；

步骤2)将混合溶液降至室温，放入碳黑，搅拌均匀离心的粉末颗粒；

步骤3)将粉末颗粒进行真空干燥，得到碳负载PtNiY催化剂。

为了解决上述技术问题，所述技术方案优先地，步骤1中，所述乙酰丙酮铂、乙酰丙酮镍以及乙酰丙酮钇水合物的物质的量之比为3:1:1。

为了解决上述技术问题，所述技术方案优先地，步骤1中水热温度为140-170℃，时间为10-16h。更优先地，水热温度为160℃，时间为12h。

为了解决上述技术问题，步骤2中碳黑为商用Vulcan XC-72R。