[發明專利]一種燃料電池用擔載型催化劑及其應用

有效

• 申請號: 201310167761.1
• 申請日: 2013-05-09
• 公開（公告）號: CN104143643A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 張華民;柳絲絲;鐘和香;鄧呈維;邱艷玲;毛景霞
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;B01J31/22
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種燃料電池用擔載型催化劑，所述催化劑以間苯二酚、甲醛、生物含氮大分子化合物為原料，所述生物含氮大分子化合物為鈷胺素、葉綠素、血紅素及其衍生物中的一種或二種以上，采用如下過程制備而成：

（1）將間苯二酚和溶劑A按0.1～10ml溶劑/1g間苯二酚的比例混合配制溶液B；

（2）向溶液B中加入質量濃度為20～40%的甲醛溶液，間苯二酚和甲醛的摩爾比為1:1～4:1，在20～100℃環境中持續攪拌直至反應形成溶膠凝膠前驅體；

（3）在步驟（2）所得到的溶膠凝膠前驅體中，在20～70℃的條件下，用0.5～2M氨水或者0.5～2M草酸逐滴滴加至液態前驅體固化為固體凝膠，得到凝膠C；

（4）將凝膠C干燥老化處理3～12天，取出后粉碎研磨，得到固體粉末D；

（5）將固體粉末D于600～1200℃惰性氣氛處理1～10小時，惰性氣氛氣體吹掃至室溫即得到碳凝膠載體；

（6）將生物含氮大分子化合物和溶劑A按0.1～100ml溶劑/1g生物含氮大分子化合物的比例混合配制溶液E，惰性氣氛保護攪拌0.5～4小時；

（7）將在步驟（5）里得到的碳凝膠載體，按0.1～10g載體/1g生物含氮大分子化合物的量加入到步驟（6）所形成的溶液中，惰性氣氛保護攪拌0.5～4小時，后置于80℃～100℃水浴或油浴中加熱攪拌蒸干溶劑，得到固體粉末F；

（8）將步驟（7）中得到的固體粉末F于500～1200℃氮化氣氛處理1～10小時，惰性氣氛氣體吹掃至室溫即得到所需的擔載型催化劑。

2.按照權利要求1所述的擔載型催化劑，其特征在于：所述惰性氣氛采用的氣體為氮氣、氬氣或二氧化碳氣體中的一種或二種以上的體積混合比例任意的混合氣體。

3.按照權利要求1所述的擔載型催化劑，其特征在于：所述干燥處理方法包括CO₂超臨界干燥、真空干燥或冷凍干燥，其中CO₂超臨界干燥條件為40～55℃、11～16Mpa，得到氣凝膠；真空干燥條件為50～90℃、-0.1～-0.09Mpa，得到干凝膠；冷凍干燥條件溫度低于溶劑凝點、常壓，得到凍凝膠。

4.按照權利要求1所述的擔載型催化劑，其特征在于：所述溶劑A為水、乙醇、異丙醇或乙二醇中的一種或兩種以上的混合物；

當溶劑為水時的環境溫度為20～80℃，溶劑為乙醇時的環境溫度為20～78℃，溶劑為異丙醇時的環境溫度為20～82℃，溶劑為乙二醇的攪拌環境溫度為60～100℃；

當溶劑A為兩種以上的混合物時，環境溫度按照混合物中較高的溶劑環境溫度計算。

5.按照權利要求1所述的擔載型催化劑，其特征在于：所述氮化氣氛為體積比為5-90%的NH₃/N混合氣₂、NH3、CH₃CN或HCN中的一種或二種以上。

6.一種如權利要求1-5中任一所述擔載型催化劑的應用，其特征在于：所述擔載型催化劑作為陰極催化劑用于質子交換膜燃料電池陰極中。