[發明專利]一種PtAu/PtMe電催化劑及其制備和應用

在審

• 申請號: 201611133328.6
• 申請日: 2016-12-10
• 公開（公告）號: CN108232217A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 孫公權;李玉萍;姜魯華
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明提供一種PtAu/PtMe電催化劑及其制備和應用,所述PtAu/PtMe電催化劑中Pt形成PtAu合金及PtMe合金兩種相；所述電催化劑PtMe為Pt與Fe、Co、Ni中一種或兩種以上形成的合金；Pt與Au的原子比為2:1～8:1。與現有技術相比，本發明Au還原過程中無需額外保護劑和還原劑，合成路線簡便易行，所得PtAu/PtMe催化劑耐磷酸毒化及電化學循環穩定性良好。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，具體的說涉及一種以磷酸摻雜膜為電解質的高溫燃料氧還原催化劑。

背景技術

與低溫(<100℃)質子交換膜燃料電池相比，高溫(>100℃)質子交換膜燃料電池具有電極反應動力學速率快、電催化劑抗CO等毒物能力提高、反應物和產物均為氣相而使得水熱管理較為簡單等優勢，作為綠色高效發電裝置，在移動電源、便攜電站等領域具有廣闊的應用前景[1]，近年來引起了研究者廣泛的興趣。但是，高溫質子交換膜燃料電池在使用過程中依然存在一些問題。首先，經過近十年的研究，發現通常采用的高溫膜磷酸摻雜的聚苯并咪唑(PBI)在高達200℃的條件下具有較好的穩定性和較高的質子傳導率，但是磷酸在Pt基催化劑表面吸附強，造成催化劑毒化，影響電催化劑的活性；同時，由于操作溫度提高，在高溫、強酸以及高電位條件下，Pt基催化劑更易發生團聚，其穩定性受到更大的挑戰。

為克服上述問題，Jong Hyun Jang(ElectrochimicaActa,2011,56,8802–8810)制備了Au@Pt催化劑，提高了Pt耐磷酸毒化的能力；Soo-Kil Kim(Applied Catalysis B:Environmental,2015,165 495–502)發現在酸性條件下，Au表面磷酸吸附較弱，進而采用CVD法制備PtAu合金，降低了磷酸在Pt表面吸附。然而，上述方法制備Au合金納米粒子的過程中，或采用復雜的制備方法——例如上述文獻中所提CVD及電化學沉積法，而采用濕化學法(ACS Catal.2016,6,1680-1690；Chem.Sci.,2016,7,3500–3505；Nanoscale,2016,8,2875–2880)制備Au或者Au的合金納米粒子過程中，則需額外添加還原劑和保護劑，這些物質難以徹底去除，從而對納米粒子造成不必要的污染。

發明內容

本發明針對現有技術存在的問題，發明了一種用于高溫磷酸摻雜型質子交換膜的PtAu/PtMe電催化劑。本發明采用以下技術方案來實現：

一種PtAu/PtMe電催化劑，所述電催化劑的活性成分包括Pt、Au和Me，其中Pt分別與Au和Me形成PtAu和PtMe兩種合金相，所述Me為Fe、Co、Ni中任意一種或二種以上；所述PtAu/PtMe電催化劑中Pt與Au的原子比為2～8:1，Pt與Me的原子比為1:0.001～1:0.25。

所述電催化劑為擔載型或非擔載型催化劑，活性成分的總質量含量為5.6％～100％。

所述PtAu/PtMe電催化劑的制備方法，包括以下步驟，

1)采用乙二醇EG還原法和/或者硼氫化鈉還原法制備PtMe催化劑或PtMe/C催化劑；催化劑中PtMe金屬總質量含量為5.3％～100％，PtMe的原子為1:0.188～1:1；

2)于溶劑中加入步驟1)所得催化劑，超聲分散形成第一漿液；催化劑于溶劑中的質量濃度0.5mg_催化劑·ml^-1～10mg_催化劑·ml^-1；

3)將Au的前體鹽加入至溶劑中并攪拌溶解，Au的濃度為0.01mg_Au.ml^-1～5mg_Au.ml^-1；