[發明專利]一種抗硫化物中毒燃料電池陰極催化劑的制備方法

無效

• 申請號: 201110251492.8
• 申請日: 2011-08-29
• 公開（公告）號: CN102357362A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 魏子棟;柳曉;陳四國;丁煒;熊春;紀巍嘉;李曉媛;李莉
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B01J23/652
• 分類號: B01J23/652;H01M4/90
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術領域：

本發明屬于燃料電池技術領域，特別涉及一種抗硫化物中毒燃料電池陰極催化劑的制備 方法。

二、背景技術：

燃料電池具有能量轉換效率高、環境友好、室溫快速啟動等優點，被認為是未來電動汽 車及其它民用場合最有希望的化學電源。目前為止最有效的燃料電池陰極催化劑依然是鉑類 催化劑，然而一氧化碳、硫化物等毒性氣體易使鉑類催化劑中毒，導致催化劑失活。一氧化 碳可以通過凈化裝置去除，而硫化物的凈化則很難實現，鉑類催化劑易中毒問題無法避免， 嚴重阻礙了燃料電池的商業化進程。因此，提高催化劑抗硫化物中毒具有重要意義。

國內外針對燃料電池催化劑抗硫化物中毒鮮有研究。文獻[J.Power?Sources?2011，196： 3722-3728]通過在含氯鉑酸的硫酸溶液中電化學沉積的方法，將納米鉑和多晶鉑分別沉積在 鉑炭電極上，制備納米鉑和多晶鉑修飾的催化劑電極。該方法所制備的催化電極表現出一定 的抗硫化物中毒性；然而，該方法所制備的納米Pt顆粒較大、氧還原催化活性低，沒有展現 出適用于商業化燃料電池的抗SO₂中毒性能。

三、發明內容：

本發明的目的是針對現有燃料電池鉑基催化劑易硫化物中毒的缺點，提供一種抗硫化物 中毒燃料電池陰極催化劑的制備方法。本發明首先通過化學吸附將鉬酸鹽吸附在功能化 Vulcan?XC-72碳粉上，在氮氣或氬氣氣氛保護下焙燒得到MoO₃/C，然后采用化學還原的方法 將鉑負載在MoO₃/C上，利用MoO₃與Pt之間的協同效應來改變Pt的電子構型，使鉑具有較高的 抗硫化物中毒能力。

本發明的目的是這樣實現的：一種抗硫化物中毒燃料電池陰極催化劑的制備方法，其具 體方法步驟包括

(1)碳載體的功能化

稱取1克市售Vulcan?XC-72碳粉，加入150毫升體積比為1∶4的30％過氧化氫和濃硫 酸的混合溶液中，超聲攪拌3小時后，用超純水稀釋，靜置24小時后濾出上層清液，經多次 離心洗滌，烘干，研磨后得到功能化Vulcan?XC-72碳粉。

(2)MoO₃/C催化劑的制備

按功能化Vulcan?XC-72碳粉∶鉬酸鹽的質量比為1∶0.01～0.1稱取步驟(1)所得的功 能化Vulcan?XC-72碳粉和鉬酸鹽，然后以去離子水為溶劑在超聲攪拌條件下振蕩均勻，繼續 攪拌12～24小時后，在60～95℃條件下蒸干，研磨后將混合物粉末在氮氣或氬氣氣氛100～ 180℃下保持30～60分鐘，然后繼續升溫至350～450℃并保持4～8小時，冷卻后得到MoO₃/C 催化劑。

(3)制備Pt-MoO₃/C催化劑

按氯鉑酸∶檸檬酸鈉∶MoO₃/C的質量比為1∶1～3∶1～10稱取氯鉑酸、檸檬酸鈉和步 驟(2)所得的MoO₃/C催化劑，向過量的乙二醇溶劑中加入全部的MoO₃/C催化劑、檸檬酸 鈉和氯鉑酸，超聲攪拌8～17小時，然后用質量分數為5％的氫氧化鈉乙二醇溶液調節pH值 至8～11，繼續超聲攪拌10～30分鐘后，將上述混合溶液轉移至反應釜，在120～160℃條件 下反應4～8小時，然后將產物過濾，洗滌，烘干，研磨，最后在真空條件下50～80℃干燥5～ 24小時后得到Pt-MoO₃/C催化劑。

其中所述鉬酸鹽為鉬酸銨、氯化鉬、鉬酸的其中之一。

本發明的優點在于利用MoO₃與Pt之間的協同效應，改變Pt的電子構型，提高催化劑的 抗硫化物中毒性能，從而克服了燃料電池鉑基催化劑易硫化物中毒的缺點，突破了燃料電池 抗中毒技術難題。

本發明方法簡單易行、生產成本低廉，采用本發明制備的Pt-MoO₃/C催化劑可應用于以 質子交換膜為電解質的燃料電池，如氫氧質子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池的催化劑。 本發明所制得的Pt-MoO₃/C催化劑具有與英國Jonhson-Matthey公司商業化Pt/C催化劑相比， 具有更優異的抗硫化物中毒性能和氧還原催化活性。

四、附圖說明：