[发明专利]一种铂基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂技术领域，具体公开了一种铂基催化剂及其制备方法和应用，制备铂基催化剂的原料包括铂前驱体和助剂，助剂包括氯化物和无机酸；氯化物包括氯化钠和/或氯化钾；无机酸包括硼酸和/或硅酸。铂基催化剂的制备方法，包括以下步骤：将铂前驱体、过渡金属前驱体盐和助剂混合后，置于还原性气氛中进行热处理，得到反应产物；将反应产物置于酸溶液中进行酸洗，经离心、洗涤后，得到铂基催化剂。本发明的铂基催化剂，利用固态晶体氯化物的限域效应替代传统的有机溶剂，硼酸和硅酸作为结构导向剂实现了高效铂基纳米线的固相制备，摆脱了传统合成方法对油胺等有机溶剂的依赖，制备方法绿色高效，制得的催化剂氧还原性能优越。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，尤其涉及一种铂基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

环境污染和能源短缺是当今人类社会面临的两项严峻挑战，大力发展多种可供选择的可再生能源变得极为关键。质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种可以将氢能直接转化为电能的装置，具有清洁、高效、操作条件温和原料来源丰富等特点，将其用于新能源汽车的动力电源是解决能源和环境问题的最有效手段之一。

目前，要实现PEMFC燃料电池商业化和大规模应用还有诸多困难要克服。其中最为突出的问题是阴极氧还原反应(ORR)速率慢，需大量消耗铂(Pt)基催化剂，而铂在全球范围储量非常有限且价格高昂。尽管，燃料电池非铂催化剂近年来取得了令人瞩目的成就，但其催化活性和稳定性仍不能满足实际应用的要求，特别是在酸性介质中，非铂催化剂的活性和稳定性与铂基催化剂相比仍有较大差距。因此，现阶段开发高效、稳定的低铂催化剂仍是实现燃料电池商业推广的关键技术之一。

一维铂基催化剂因其独特的物理化学性质，在电催化领域得到了广泛研究和关注。其作为阴极氧还原催化剂时，质量活性和比活性较传统商业铂炭催化剂均有数十倍的提升。经过多年努力，铂基纳米线的制备技术虽然已取得巨大进步，但因其复杂的工艺流程、高昂的原材料价格以及生产废料对环境潜在的风险等特点在一定程度上限制其大范围推广。因此，如何实现铂基合金纳米线催化剂的高效、绿色生产，将为推动燃料电池的商业化发展起到至关重要的作用。

发明内容

本发明提出一种铂基催化剂及其制备方法和应用，以解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为克服上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种铂基催化剂。

具体的，一种铂基催化剂，制备所述催化剂的原料包括铂前驱体和助剂，所述助剂包括氯化物和无机酸；所述氯化物包括氯化钠和/或氯化钾；所述无机酸包括硼酸和/或硅酸。

本发明选用氯化物和无机酸作为制备铂基催化剂原料的助剂，利用固态晶体氯化物氯化钠和/或氯化钾的限域效应替代传统的有机溶剂，无机酸硼酸和/或硅酸作为结构导向剂实现了铂基纳米线的固相制备，摆脱了传统催化剂合成方法对油胺等有机溶剂的依赖，不仅减少了生产过程中有机溶剂对环境潜在的危害，更可实现铂基催化剂的高效生产。

作为上述方案的进一步改进，所述原料还包括过渡金属前驱体盐，所述过渡金属前驱体盐选自铁金属盐、钴金属盐、镍金属盐、铜金属盐中的至少一种。

作为上述方案的进一步改进，所述铂前驱体中的铂离子和过渡金属前驱体中的过渡金属离子的摩尔比为5:1-1:2。

优选的，所述铂前驱体选自氯铂酸、氯铂酸钾、乙酰丙酮铂、氯化铂中的至少一种。

作为上述方案的进一步改进，所述原料还包括载体。

具体的，载体主要用于负载所述铂基催化剂，经负载后，有利于基催化剂更好地均匀沉积于载体上，防止催化剂粉体的团聚，有利于催化剂活性位点的充分暴露，并进一步促进催化剂的导电性能。

优选的，所述载体为炭粉。本发明的第二方面提供了一种铂基催化剂的制备方法，包括以下步骤：