[发明专利]一种催化剂及其制备方法

说明书

一种催化剂及其制备方法，属于氢燃料电池领域。制备方法包括：获得第一悬浊液，第一悬浊液中溶解有还原剂且分散有载体。将金属前驱体溶液与第一悬浊液混合，获得第二悬浊液。将第二悬浊液置于交变电场中，在搅拌条件下，将第二悬浊液加热至还原温度后保温，以使金属前驱体中的金属离子被还原成金属单质并沉积于载体上。采用外加电场作为外加能量负载，可控制金属前驱体还原过程，不仅能提高金属单质颗粒的结晶度，而且有利于载体上负载的金属颗粒的粒径分布均匀，有利于提高制备的催化剂的活性，同时生产成本低、操作简便且便于放大化生产，从而实现催化剂的批量生产。

技术领域

本申请涉及氢燃料电池领域，具体而言，涉及一种催化剂及其制备方法。

背景技术

氢燃料电池采用清洁高效的能源存储载体-氢气，是一种具有潜在广泛的应用前景的动力电池。膜电极阴极侧氧还原(ORR)的动力学速率一般为阳极侧氢氧化(HOR)动力学速率的10^-7～10^-5倍，如何进一步提高膜电极阴极侧催化剂催化效率是目前该领域开发人员亟待解决的问题。

氢燃料电池阴极侧常用的阴极催化剂为铂/碳,铂-M/碳，常用的制备方法包括液相法、微波还原法、球磨浸渍-气固还原法等。其中，液相法生产成本低且操作简便，但液相法制备得到的阴极催化剂中，存在铂颗粒粒径分布不均的问题；微波还原法可制备出粒径分布较窄的阴极催化剂，但微波还原法不可避免地存在酸洗沉降步骤，该步骤会产生大量液废，不仅污染环境且增加了生产成本；球磨浸渍-气固还原法可实现批量的生产铂钴合金催化剂，但球磨浸渍-气固还原法不能完全实现制程精细控制，即得到的阴极催化剂性能仍然有待提高。

因此，开发制程稳定可控且易于规模放大的高活性催化剂制备方法迫在眉睫。

发明内容

本申请提供了一种催化剂及其制备方法，该制备方法能够兼顾制程稳定可控和易于规模放大，同时制备的催化剂的活性高。

本申请的实施例是这样实现的：

在第一方面，本申请示例提供了一种催化剂的制备方法，其包括：

获得第一悬浊液，第一悬浊液中溶解有还原剂且分散有载体。

将金属前驱体溶液与第一悬浊液混合，获得第二悬浊液。

将第二悬浊液置于交变电场中，在搅拌条件下，将第二悬浊液加热至还原温度后保温，以使金属前驱体中的金属离子被还原成金属单质并沉积于载体上。

本申请提供的制备方法，一方面可通过外加电场作为外加能量负载，可控制金属前驱体还原过程，不仅提高金属单质颗粒的结晶度，而且有利于载体上负载的金属颗粒的粒径分布均匀，有利于提高制备的催化剂的活性，另一方面，上述制备方法是基于液相法所进行的改进，因此生产成本低、操作简便且便于放大化生产，从而实现催化剂的批量生产。

在第二方面，本申请示例提供了一种催化剂，其由本申请第一方面提供的制备方法制得。

本申请提供的由第一方面提供的制备方法制得的催化剂，其中还原后获得的金属单质的粒径不仅尺寸较为均一，同时金属单质可更均匀的分布于载体表面，具有更高的活性，因此将其应用于氢燃料电池阴极侧的膜电极上时，相比于现有的制备方法获得的催化剂，可有效降低催化剂的用量，从而降低膜电极成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为实施例1制备的催化剂的产物变化流程示意图；

图2为实施例1-4制备的催化剂的TEM照片；