[发明专利]一种燃料电池氢氧化非铂催化剂的制备方法

摘要

一种燃料电池氢氧化非铂催化剂的制备方法，本发明利用二氧化钛前驱体水解反应在功能化碳载体上形成二氧化钛纳米包覆层，同时通过二氧化钛悬空键螯合Pd、Os、Ru、Ir、Rh、Ni、Co、Mo等过渡金属离子，最后通过在还原气氛热处理，形成过渡金属镶嵌在二氧化钛界面的碳载燃料电池氢氧化非铂催化剂。本发明的巧妙地利用二氧化钛/过渡金属螯合结构，强化金属与二氧化钛相互作用，形成一体化复合催化剂，提高催化剂抗电化学氧化能力，增强催化剂稳定性；利用二氧化钛界面吸附特性，加速催化金属表面氧化物中的脱附速率，提高催化剂在酸性、碱性的催化氢氧化活性；本发明制备的非铂催化剂在酸碱性环境下具有显著优于商业化Pt/C和商业化PtRu/C的氢氧化催化活性。

主权项

一种质子交换膜燃料电池氢阳极催化剂的制备方法，其具体方法步骤包括(1)碳载体的功能化取500ml圆底烧瓶，称取8克市售Vulcan XC‑72碳粉，加入320毫升浓硝酸后，升温回流至沸腾开始计时，反应6小时，冷却至室温，加水稀释，抽滤洗涤至pH接近7，烘干，球磨成粉末，即得到功能化Vulcan XC‑72碳粉；其特征在于：(2)碳载金属二氧化钛催化剂前驱物按过渡金属前驱体︰二氧化钛前驱体︰功能化Vulcan XC‑72碳粉摩尔比为1︰1～12︰20～200分别称取过渡金属前驱体、二氧化钛前驱体和步骤(1)所得功能化Vulcan XC‑72碳粉；先将功能化Vulcan XC‑72碳粉加入到无水乙醇中，超声分散10～60分钟，形成质量浓度为1～25毫克/毫升的功能化Vulcan XC‑72碳粉悬浮液；然后，按照浓氨水︰功能化Vulcan XC‑72碳粉悬浮液体积比为1:10～1000，向上述功能化Vulcan XC‑72碳粉悬浮液中滴加质量浓度为30％浓氨水，搅拌0.5～1小时，再以15～45微升/分钟的速度滴加二氧化钛前驱体，在25℃～60℃水浴条件下，搅拌反应0～24小时后，加入浓度为0.01～0.2摩尔/升的金属前驱体溶液，继续搅拌2～24小时，最后在50～75℃下水浴蒸干，研磨成粉，获得碳载金属二氧化钛催化剂前驱物；(3)碳载金属二氧化钛催化剂将上述碳载金属二氧化钛催化剂前驱物置于管式炉中，用真空泵抽出管式炉中空气，再以氢气流量为5～50毫升/分钟和氮气流量为50～200毫升/分钟充入氮气和氢气混合气，在氮气和氢气混合气气氛下以3～10℃/分钟升温至300～800℃反应1～3小时，最后在氮气和氢气混合气气氛下冷却至室温，获得催化剂固体粉末；最后经水洗、60℃真空干燥后获得碳载金属二氧化钛催化剂；所述的过渡金属前驱体为氯铂酸、氯铱酸、氯化钯、氯化钌、氯化铑、氯化锇、氯亚铱酸钠、氯亚铂酸钾的其中之一；二氧化钛前驱体为钛酸丁酯、氯化钛的其中之一。