[發明專利]一種聚苯胺包覆碳載體的鉑基脫合金燃料電池催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201710284291.5
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN106960962B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 朱紅;劉陽;王芳輝
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/92
• 代理公司: 11237 北京市廣友專利事務所有限責任公司
• 代理人: 耿小強<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種聚苯胺包覆碳載體的鉑基脫合金燃料電池催化劑，包括載體和活性組分，其特征在于：所述載體由聚苯胺包覆碳黑，所述活性組分為具有核殼型結構的鉑鈷金屬，其中鉑鈷合金為核，鉑為殼；聚苯胺包覆碳黑的載體60重量％～80重量％；具有核殼型結構的鉑鈷金屬20重量％～40重量％；所述鉑鈷合金的核中，鉑和鈷的原子比為1:0.5～1:3；

其制備步驟如下：

(1)碳載體前處理：稱取適量碳載體，分散于濃酸中處理，然后用去離子水洗滌至中性，抽濾，烘干，研磨成粉末備用；

(2)碳-聚苯胺的制備：稱取步驟(1)處理后的碳粉，均勻分散于HClO₄溶液中，冰浴條件下，加入苯胺的水溶液，磁力攪拌，將過硫酸銨溶于HClO₄溶液中，緩慢滴加進反應體系，0℃下反應一段時間，反應結束后，洗滌抽濾，烘干，研磨成粉末后，80℃下烘干，按上述步驟合成碳：聚苯胺質量比為1:0.5～1:2的碳-聚苯胺復合載體；

(3)采用微波加熱輔助乙二醇-NaBH₄還原的方法制備催化劑：將步驟(2)中得到的碳-聚苯胺復合載體分散至乙二醇中，乙二醇除作為還原劑還能夠抑制催化劑粒徑的生長，超聲使其混合均勻，在分散有碳-聚苯胺復合載體的乙二醇溶液中，按Pt:Co原子比為1:0.5～1:3分別加入H₂PtCl₆·6H₂O/EG溶液和CoCl₂/EG溶液，得到混合溶液，磁力攪拌下，用KOH/EG將上述混合溶液pH值調節為9～11，稱取過量NaBH₄溶于乙二醇中，緩慢滴加至反應體系，待反應至無氣泡產生后，在130℃～180℃微波加熱還原，反應0.5～2h，反應結束后，離心，洗滌，抽濾，烘干，得到固體的聚苯胺包覆碳載體的鉑鈷合金催化劑，研磨成粉末；

(4)將步驟(3)得到的固體的聚苯胺包覆碳載體的鉑鈷合金催化劑通過酸蒸汽或酸溶液進行脫合金處理，然后離心洗滌至溶液呈中性，經干燥后得到目標催化劑，即聚苯胺包覆碳載體的鉑基脫合金燃料電池催化劑。

2.根據權利要求1所述的聚苯胺包覆碳載體的鉑基脫合金燃料電池催化劑，其特征在于：所述具有核殼型結構的鉑鈷金屬的粒徑分布在2～4nm。

3.根據權利要求2所述的聚苯胺包覆碳載體的鉑基脫合金燃料電池催化劑，其特征在于：所述具有核殼型結構的鉑鈷金屬在載體上均勻分散。

4.根據權利要求3所述的聚苯胺包覆碳載體的鉑基脫合金燃料電池催化劑，其特征在于：所述步驟(1)中，所述濃酸為濃HNO₃；所述步驟(1)中，所述用去離子水洗滌至中性的具體步驟如下：在油浴加熱130℃下處理0.5h，反應結束后倒入去離子水中冷卻稀釋，然后，抽濾，洗滌。

5.根據權利要求4所述的聚苯胺包覆碳載體的鉑基脫合金燃料電池催化劑，其特征在于：所述步驟(2)中，所述碳粉為0.2g，所述HClO₄的濃度為1mol/L；所述步驟(2)中，所述的苯胺與過硫酸銨的摩爾比為1:1。

6.根據權利要求5所述的聚苯胺包覆碳載體的鉑基脫合金燃料電池催化劑，其特征在于：所述步驟(3)中，所述KOH/EG的濃度為2mol/L。

7.根據權利要求6所述的聚苯胺包覆碳載體的鉑基脫合金燃料電池催化劑，其特征在于：所述步驟(4)中，所述的脫合金為氣相脫合金或者液相脫合金。

8.根據權利要求7所述的聚苯胺包覆碳載體的鉑基脫合金燃料電池催化劑，其特征在于：所述氣相脫合金為：在聚四氟乙烯反應釜中加入適量揮發性酸后，將裝有聚苯胺包覆碳載體的鉑鈷合金催化劑的砂芯坩堝置于反應釜中，保持酸的液面低于砂芯3cm，封裝后的反應釜放入烘箱中加熱，反應結束后冷卻至室溫；所得的脫合金催化劑均水洗至中性并置于烘箱中烘干。

9.根據權利要求8所述的聚苯胺包覆碳載體的鉑基脫合金燃料電池催化劑，其特征在于：所述液相脫合金為：將聚苯胺包覆碳載體的鉑鈷合金催化劑置于1mol/L H₂SO₄溶液中，室溫下浸泡6h；所得的脫合金催化劑水洗至中性，置于烘箱中烘干后得到De-PtCo/C-PANI。