[發明專利]具有碳納米層的導電陶瓷為擔體的燃料電池催化劑及制備方法

無效

• 申請號: 201110000145.8
• 申請日: 2011-01-04
• 公開（公告）號: CN102088094A
• 公開（公告）日: 2011-06-08
• 發明（設計）人: 木士春;呂海峰
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;B01J32/00;B01J27/224;B01J23/42;B01J23/44;B01J23/66;B01J23/60;B01J23/89;B01J27/24;B01J27/22
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張安國

1.一種燃料電池催化劑，其特征在于，所述的催化劑的擔體為表面包覆有一層納米碳薄膜的導電陶瓷，所述的納米碳薄膜的厚度為0.2～8納米。

2.如權利要求1所述的燃料電池催化劑，其特征在于，所述的導電陶瓷擔體為SiC、TiO₂、Ti₄O₇、ZrO₂、SnO₂、ZnO、RuO₂、TiSi₂、TiB₂、TiN、TiC、WC、ZrC或B₄C，粒徑為10～100納米。

3.如權利要求1所述的燃料電池催化劑，其特征在于，所述的催化劑為貴金屬單質或貴金屬合金，所述的貴金屬合金為MxNy或MxNyOz，其中M、N、O分別為Pt、Ru、Pd、Rh、Ir、Os、Fe、Cr、Ni、Co、Mn、Cu、Ti、Sn、V、Ga和Mo中的任一金屬元素，M、N、O三者互不相同，但至少有一種為貴金屬鉑，x、y和z為催化劑中各金屬原子比，其數值分別為0～100中的自然數，且x+y＝100或x+y+z＝100，貴金屬單質為Pt、Ru、Pd、Rh、Ir、Os中的任意一種。

4.權利要求1所述的燃料電池催化劑的制備方法，其特征在于，制備步驟為：

步驟1、首先將導電陶瓷放在無水乙醇中超聲分散，然后將配置好的溶液滴在硅襯底上在其表面形成薄膜；將該薄膜樣品放入考夫曼型氣體離子源中，通入碳氫氣體，保持壓力在2～7×10^-1帕，并用能量為80電子伏特，電流強度為60微安/厘米²的電子束對樣品進行照射0.5～4小時，樣品的溫度保持在400～800℃，制得碳包覆導電陶瓷擔體；

步驟2、將催化劑前驅體鹽溶于去離子水或醇或醇水溶液中，在N₂、He或Ar保護下充分攪拌，反應過程中保持溶液的pH＝9～13，在130～160℃加熱回流2～5小時，制備出穩定的金屬催化劑膠體；

步驟3、將步驟2制得的金屬催化劑膠體，在室溫下加入步驟1制得的具碳納米薄膜層的導電陶瓷擔體，攪拌8～10小時，制備出以碳包覆導電陶瓷為擔體的燃料電池催化劑。

其中，所述的碳氫氣源是甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙炔、丙炔、乙烯、丙烯或丁烯；所述的醇水溶液中醇與水的質量比為0.5～100∶1，醇為甲醇、乙醇、丙醇及異丙醇中的任一種；所述的導電陶瓷擔體為SiC、TiO₂、Ti₄O₇、ZrO₂、SnO₂、ZnO、RuO₂、TiSi₂、TiB₂、TiN、TiC、WC、ZrC或B₄C，粒徑為10～100納米；所述的金屬催化劑為貴金屬單質或貴金屬合金，所述的貴金屬合金為MxNy或MxNyOz，其中M、N、O分別為Pt、Ru、Pd、Rh、Ir、Os、Fe、Cr、Ni、Co、Mn、Cu、Ti、Sn、V、Ga和Mo中的任一金屬元素，M、N、O三者互不相同，但至少有一種為貴金屬鉑，x、y和z為催化劑中各金屬原子比，其數值分別為0～100中的自然數，且x+y＝100或x+y+z＝100，貴金屬單質為Pt、Ru、Pd、Rh、Ir、Os中的任意一種；所述的催化劑前驅體鹽為H₂PtCl₆、RuCl₃、PdCl₂、IrCl₃、Co(NO₃)₂中的一種以上。