[发明专利]PtRu/C催化剂及其制备方法

说明书

本申请提供一种PtRu/C催化剂及其制备方法，属于燃料电池领域。该制备方法包括：将可溶性碳水化合物、气体产生剂、可溶性Ru前驱体、可溶性Pt前驱体、碳载体以及水混合并分散，预烧以使气体产生剂分解，得到预烧产物，将预烧产物先在含氧气氛下进行热处理，以去除可溶性碳水化合物泡沫，然后在还原性气氛下退火，获得PtRu/C催化剂。基于其制备方法的改进，不仅可使PtRu/C催化剂中PtRu粒子合金化程度高，同时使PtRu粒子均匀分散于碳载体表面且PtRu粒子尺寸均一化，有效提高PtRu/C催化剂性能，改善PtRu/C的抗CO中毒能力。

技术领域

本申请涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种PtRu/C催化剂及其制备方法。

背景技术

燃料电池是一种不经过化学燃烧，通过电极反应方式将化学能转变为电能的发电装置，目前已开发有碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池、高温固体电解质型燃料电池和质子交换膜燃料电池。其中，铂钌/炭(PtRu/C)催化剂是目前质子交换膜燃料电池常用的阳极催化剂。

通常PtRu/C催化剂的制备方法一般需要将铂、钌的金属盐前驱体均一混合，然后通过干法浸渍或者湿法还原负载到碳载体上，从而得到高度分散于碳颗粒上的铂钌合金纳米晶。但是，使用干法浸渍生产时，难以将两种金属组分的浸渍液均一分散，造成两者组分的不均一性，无法顺利的合金化。而使用湿法还原生产时，铂和钌的金属还原性电势有差异，在还原过程中一般是铂先还原成核，然后钌再附着在铂颗粒上，使得两者组分相互分立。为了弥补这种不均一性，往往需要将制备完成的PtRu/C催化剂再经过高温焙烧来促进合金化，然而这会显著造成催化剂颗粒长大和团聚，影响PtRu/C催化剂产品的电化学活性，造成PtRu/C催化剂抗CO中毒能力较弱。

发明内容

本申请提供了一种PtRu/C催化剂及其制备方法，其能够通过制备方法的改进，解决PtRu/C催化剂在经过高温焙烧来促进合金化时，催化剂颗粒长大和团聚导致的PtRu/C催化剂电化学活性低以及抗CO中毒能力较弱的技术问题。

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PtRu/C催化剂的制备方法，其包括：将可溶性碳水化合物、气体产生剂、可溶性Ru前驱体、可溶性Pt前驱体、碳载体以及水混合并分散，预烧以使气体产生剂分解，得到预烧产物，预烧产物具有包覆于碳载体上的纳米级可溶性碳水化合物泡沫，可溶性碳水化合物泡沫上分散有可溶性Ru前驱体以及可溶性Pt前驱体；将预烧产物先在含氧气氛下进行热处理，以去除可溶性碳水化合物泡沫，然后在还原性气氛下退火，获得PtRu/C催化剂。

本申请中，采用可溶性碳水化合物以及气体产生剂的引入分别修饰可溶性Ru前驱体及可溶性Pt前驱体，然后预烧使气体产生剂分解产生气体，以形成包覆在碳载体上的可溶性碳水化合物泡沫(以下简称泡沫)，其中，泡沫具有三维结构，纳米级泡沫结构提供了较大的比表面积，且增强其传质特性，使可溶性Ru前驱体、可溶性Pt前驱体均匀分散于泡沫上均匀混合，有利于后续Pt-Ru顺利进行合金化，再在含氧气氛下热处理，热处理可使Pt-Ru发生合金化且被氧化，同时可除去可溶性碳水化合物，抑制Pt-Ru在热处理时团聚，同时利用可溶性碳水化合物分解产生气体形成孔道以保持Pt-Ru原有的金属间结构，增强Pt-Ru金属间耦合作用，调控PtRu/C催化剂电子结构以优化PtRu/C催化剂的活性。最后利用还原性气氛下退火，一方面还原被氧化的PtRu，避免杂相的引入，另一方面增强的Pt-Ru金属间耦合作用可使其在还原性气氛下进一步合金化时避免熟化，以抑制PtRu粒子长大，因此PtRu粒子的尺寸和分布更加均一，有效提高PtRu/C的活性，改善PtRu/C的抗CO中毒能力。

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