[发明专利]一种高活性燃料电池用双金属PtCu气凝胶催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种高活性燃料电池用双金属PtCu气凝胶催化剂、制备方法和应用，所述制备方法具体包括以下步骤：(a)将铂盐和铜盐加入到溶剂中混合，后加入过量NaBH₄继续混合形成反应体系，反应得到双金属PtCu水凝胶材料；(b)将步骤(a)得到的双金属PtCu水凝胶材料进行后处理后，得到PtCu气凝胶催化剂。将双金属PtCu气凝胶催化剂用作燃料电池的催化剂。与现有技术相比，本发明制得的催化剂具有高催化活性和良好的稳定性，可用作直接甲醇燃料电池阳极催化剂，制备过程简单。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种高活性燃料电池用双金属PtCu气凝胶催化剂、制备方法及其应用。

背景技术

全球气候变化和储存量连续减少的矿物燃料资源使得发展新的替代能源成为现代社会的一个迫在眉睫的重要任务。直接醇类燃料电池不受限于卡诺循环，凭借高能量转换效率、便携性和可使用多种燃料的操作灵活性吸引了研究人员的广泛关注。燃料电池中最重要的组件是催化剂，目前这类电池采用的催化剂依然是贵金属Pt，尽管Pt已被广泛用作甲醇氧化的电催化剂，但是仍存在一些缺点，包括稀缺性、高成本和较差的操作耐久性。

在各种碳负载铂(Pt)基纳米材料中，从Pt原子利用率的角度来看，小尺寸Pt基合金纳米晶(NCS)被认为是一类很有前途的乙醇氧化反应(EOR)电催化剂。而通过制备多种形态的Pt纳米结构催化剂，例如核-壳，中空，纳米管(NT)，纳米线(NW)，纳米枝晶(ND)和多孔结构，可以改善催化剂的活性。然而，小尺寸Pt基合金通常表现出较差的稳定性和严重的毒害作用。由于气凝胶独特的结构特点，近年来出现的贵金属气凝胶(NMAs)在催化方面显示出巨大的潜力。NMAs由于其高度的稳定性、丰富的活性中心和高效的质量/电子传递通道，正在成为一类超越商用贵金属催化剂和大多数金属纳米颗粒(Np)材料的新型优良电催化剂。它们在甲醇氧化反应(MOR)，乙醇氧化反应(EOR)和氧释放反应(OER)等各种电催化过程中均具有出色的性能。

发明内容

本发明的目的就是提供一种高活性燃料电池用双金属PtCu气凝胶催化剂、制备方法及其应用，制得的催化剂具有高催化活性和良好的稳定性，显著地提高了Pt基催化剂对甲醇的电催化氧化活性和催化稳定性，同时抗CO中毒能力提高，该催化剂可用作直接甲醇燃料电池阳极催化剂，且制备过程简单安全。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高活性燃料电池用双金属PtCu气凝胶催化剂的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：

(a)将铅盐和铜盐加入到溶剂中混合，后加入过量NaBH₄继续混合形成反应体系，反应得到双金属PtCu水凝胶材料，其中，铂盐和铜盐分别作为提供Pt和Cu元素的前驱体，NaBH₄作为还原剂、稳定剂和引发剂；

(b)将步骤(a)得到的双金属PtCu水凝胶材料进行后处理后，得到PtCu气凝胶催化剂。

步骤(a)中，所述铂盐为H₂PtCl₆·6H₂O，所述铜盐为CuCl₂·2H₂O，所述溶剂为超纯水。

步骤(a)中，H₂PtCl₆·6H₂O、CuCl₂·2H₂O、H₂O和NaBH₄的添加量比为(0.01～0.15)mmol:(0.005～0.07)mmol:40ml:2mmol，优选为0.015mmol:0.005mmol:40ml:2mmol。

步骤(a)中，加入各原料的同时进行超声搅拌，在加入NaBH₄后剧烈搅拌1min。

步骤(a)中，反应的温度为常温，优选为25℃，反应的时间为4～8h，优选为8h。