[发明专利]一种质子交换膜燃料电池非铂催化剂及制备方法和应用

摘要

本发明提出一种质子交换膜燃料电池非铂催化剂及制备方法和应用，将金属钴和铁与多孔碳材料复合后，辅助造浆助剂造浆、纺丝，在多孔磁致伸缩面板上沉积形成在催化剂层，使用时在多孔磁致伸缩面板联通高频外磁场，在高频磁场作用下，多孔磁致伸缩面板不断发生微小的尺寸伸长和缩短，从而使催化剂不断拉伸和压缩，提高了催化剂活性。本发明提供上述方法克服了采用大多数过渡金属对氢和小分子的催化氧化活性低，采用贵金属催化剂造成催化成本的上升的缺陷，实现了催化性能基本与铂一致，大幅降低现有铂催化剂的成本，整个过程避免了高温煅烧高能耗的处理方式，无废气排放，满足节能环保要求，为提高非铂催化剂催化活性提供了新思路。

主权项

1.一种质子交换膜燃料电池非铂催化剂，其特征在于，采用金属钴粉和金属铁粉作为活性材料，多孔碳材料作为载体，具体制备步骤如下：（1）按质量份称取纯金属钴粉2‑5份、金属铁粉6‑15份和多孔碳材料18‑30份，金属钴粉与金属铁粉均匀混合后，得到钴铁金属活性材料，再与所述多孔碳材料一起加入球磨机中，经过高速球磨复合，得到多孔碳材料/钴铁金属复合材料；所述金属钴粉的粒径为50‑300nm，所述金属铁粉的粒径为50‑200nm，所述多孔碳材料为石墨烯泡沫、碳纳米管和碳气凝胶中的一种，所述多孔碳材料的孔径为5‑50nm，粒径为10‑100μm；（2）称取共纺高分子聚合物粉体20‑25份，加入溶剂40‑55份进行稀释搅拌，再加入多孔碳材料/钴铁金属复合材料20‑23份，高速搅拌分散，配制成混合均匀的电纺聚合物浆料；（3）将所述电纺聚合物浆料加入静电纺丝装置注射泵腔室，将多孔磁致伸缩面板固定在接地的铝箔上作为接受屏，启动注射泵，调节推进速度为1‑200mL/h，调节工作电压为25‑50kV，控制电纺时间为5‑25分钟，在所述多孔磁致伸缩面板上沉积形成催化剂层；（4）将沉积催化剂层的多孔磁致伸缩面板放入60‑120℃的烘箱中，烘干30min，将溶剂蒸干，得到非铂催化剂的质子交换膜。