[發明專利]質子交換膜燃料電池陰極非鉑催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201210440582.6
• 申請日: 2012-11-07
• 公開（公告）號: CN102916203A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 李賞;錢柳;王家堂;潘牧
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;B01J23/745;B01J23/75;B01J35/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

1.質子交換膜燃料電池陰極非鉑催化劑，其特征在于其為下述反應得到的產物：

1）將37ml甲醛、40ml異丁醇和0.01~0.1g碳酸鎂充分混合，邊攪拌升溫邊加入三聚氰胺，所加入的三聚氰胺與甲醛摩爾比例為1:3.7，在60~100℃時加入0.07g苯酐保溫30~120min，稍冷減壓抽濾脫水，得到乳白色凝膠體三聚氰胺甲醛樹脂；

2）將1~5g三嵌段聚合物F127、10~20g乙醇和1~4g?0.2M鹽酸溶液混合，加熱40℃~50℃并攪拌0.5~1小時；然后加入3~8g正硅酸四乙酯以及步驟1）所得的三聚氰胺甲醛樹脂和乙醇，其中三聚氰胺甲醛樹脂和乙醇質量比為1:1~10，再加入過渡金屬鹽，所述的過渡金屬鹽與三聚氰胺甲醛樹脂的摩爾比為1:1~20，40~50℃下攪拌1~2小時，得到產物；

3）將步驟2）所得產物倒入蒸發皿中室溫下放置5~8小時，放入烘箱中80℃~100℃熱聚合12~24小時得到淡黃色薄膜，將其刮下研磨成粉末；

4）將步驟3）所得粉末在管式爐中進行一次熱處理；然后將所得的樣品浸入10wt%氫氟酸溶液中12~24小時，離心水洗3~4遍后干燥；將干燥得到的粉末再次在管式爐中進行二次熱處理，最后得到質子交換膜燃料電池陰極非鉑催化劑粉末。

2.根據權利要求1所述的質子交換膜燃料電池陰極非鉑催化劑，其特征在于步驟4）所述的熱處理的氣氛為NH₃。

3.根據權利要求1所述的質子交換膜燃料電池陰極非鉑催化劑，其特征在于一次熱處理在350℃保溫2~3小時，再升溫至900℃保溫2~3小時，升溫速率為600℃以下1℃/min，600℃及以上5℃/min，二次熱處理在室溫升溫至800℃保溫1~2h，升溫速率為1℃~5℃/min。

4.根據權利要求1-3任一項所述的質子交換膜燃料電池陰極非鉑催化劑，其特征在于其為空心球型結構，其直徑大小為100~500?nm，球殼的厚度為10-20?nm。

5.根據權利要求1-3任一項所述的質子交換膜燃料電池陰極非鉑催化劑，其特征在于過渡金屬為Fe和Co中的任意一種。

6.權利要求1所述的質子交換膜燃料電池陰極非鉑催化劑的制備方法，包括有以下步驟：

1）將37ml甲醛、40ml異丁醇和0.01~0.1g碳酸鎂充分混合，邊攪拌升溫邊加入三聚氰胺，所加入的三聚氰胺與甲醛摩爾比例為1:3.7，在60~100℃時加入0.07g苯酐保溫30~120min，稍冷減壓抽濾脫水，得到乳白色凝膠體三聚氰胺甲醛樹脂；

2）將1~5g三嵌段聚合物F127、10~20g乙醇和1~4g?0.2M鹽酸溶液混合，加熱40℃~50℃并攪拌0.5~1小時；然后加入3~8g正硅酸四乙酯以及步驟1）所得的三聚氰胺甲醛樹脂和乙醇，其中三聚氰胺甲醛樹脂和乙醇質量比為1:1~10，再加入過渡金屬鹽，所述的過渡金屬鹽與三聚氰胺甲醛樹脂的摩爾比為1:1~20，40~50℃下攪拌1~2小時，得到產物；

3）將步驟2）所得產物倒入蒸發皿中室溫下放置5~8小時，放入烘箱中80℃~100℃熱聚合12~24小時得到淡黃色薄膜，將其刮下研磨成粉末；

4）將步驟3）所得粉末在管式爐中進行一次熱處理；然后將所得的樣品浸入10wt%氫氟酸溶液中12~24小時，離心水洗3~4遍后干燥；將干燥得到的粉末再次在管式爐中進行二次熱處理，最后得到質子交換膜燃料電池陰極非鉑催化劑粉末。

7.根據權利要求6所述的質子交換膜燃料電池陰極非鉑催化劑的制備方法，其特征在于步驟4）所述的熱處理的氣氛為NH₃。

8.根據權利要求6所述的質子交換膜燃料電池陰極非鉑催化劑的制備方法，其特征在于一次熱處理在350℃保溫2~3小時，再升溫至900℃保溫2~3小時，升溫速率為600℃以下1℃/min，600℃及以上5℃/min，二次熱處理在室溫升溫至800℃保溫1~2h，升溫速率為1℃~5℃/min。