[發明專利]一種燃料電池用PtPdCu電催化劑的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201710468680.3
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107342424B
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 周新文;楊翼;代忠旭;張榮華;陳迪;羅來明
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/92;H01M8/1011
• 代理公司: 42103 宜昌市三峽專利事務所
• 代理人: 蔣悅

本發明涉及了一種燃料電池用PtPdCu電催化劑的制備方法及其應用。該方法采用一步水熱合成技術，合成方法包括如下步驟：取三嵌段共聚物P123溶解在二次蒸餾水中；向P123溶液中加入六水合氯鉑酸、氯亞鈀酸鉀、無水氯化銅和碘化鉀，攪拌、超聲溶解；將混合溶液轉移至50 mL聚四氟乙烯反應釜內膽中，封緊反應釜，置于鼓風干燥箱內，120?200℃下反應6?12小時；自然冷卻至室溫，離心、洗滌三到五次后即得到燃料電池用PtPdCu電催化劑。三嵌段共聚物P123同時充當保護劑和還原劑，碘化鉀作為形貌控制劑和表面修飾劑，所得的PtPdCu電催化劑為空心納米鏈結構，表現出優異的電催化氧化甲醇性能，是一種極具發展前景的燃料電池催化劑。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，涉及催化劑的制備方法，尤其是涉及了一種燃料電池用PtPdCu電催化劑的制備方法。

背景技術

燃料電池被認為是繼蒸汽機和內燃機之后的第三代動力系統，它能直接將燃料的化學能轉化為電能而不受卡諾循環的限制，同時其排放物清潔無污染，是一種高效、潔凈、環保的新能源技術^[1]。直接甲醇燃料電池不同于一般的氫氧燃料電池，它無須將甲醇轉換為氫氣，而是直接以甲醇作為電池的燃料，不僅燃料的價格低廉且儲存方便，直接甲醇燃料電池系統相較于其它類型的燃料電池而言還具有結構簡單、理論比能量密度高、啟動迅速、燃料補充方便、操作簡單等優點，此外，該系統在低溫下可以繼續工作。Pt基納米材料是直接甲醇燃料電池難以替代的催化劑，但由于Pt屬于貴金屬，儲量低、成本高，嚴重制約了燃料電池的商業化進程。如何在減少貴金屬Pt用量的同時提高其電催化活性一直是科學工作者研究的熱點。

引入廉價的非貴金屬與Pt形成合金是減少Pt用量的一種有效的手段，由于雙功能機理，非貴金屬的引入能促進催化性能。但在酸性介質中非貴金屬不穩定，在堿性介質中卻能穩定且保持高效催化活性。由于催化劑與催化底物的反應主要在表面進行，因此制備具有空心結構以及表面進行特殊修飾的催化劑能極大地提升催化劑催化效率。本發明引入非貴金屬Cu，采用簡單的水熱合成法，三嵌段共聚物P123同時充當保護劑和還原劑，碘化鉀作為形貌控制劑，制備出分散性較好、形貌特殊且具備優異的電催化氧化甲醇性能的PtPdCu催化劑。

發明內容

本發明的目的在于降低催化劑貴金屬用量的同時，通過有利的形貌控制及表面調控，提供一種有較高催化活性的燃料電池用PtPdCu電催化劑。

本發明實現上述目的所采用的技術方案如下：

一種燃料電池用PtPdCu電催化劑的制備采用一步水熱合成法，通過引入非貴金屬Cu，三嵌段共聚物P123同時充當保護劑和還原劑，碘化鉀作為形貌控制劑和表面修飾劑，制備出分散性較好、結構特殊且表面修飾有CuI亞納米簇的催化劑，其具備優異的電催化氧化甲醇性能。該方法包括以下步驟：

(1) 取三嵌段共聚物P123超聲溶解在二次蒸餾水中；向P123溶液中加入六水合氯鉑酸、氯亞鈀酸鉀、無水氯化銅和碘化鉀，攪拌、超聲溶解，混合溶液中三嵌段共聚物P123濃度為10-50 mg/mL、六水合氯鉑酸濃度為0.01-0.05 mmol/L、氯亞鈀酸鉀濃度為0.01-0.05mmol/L、無水氯化銅濃度為0.01-0.05 mmol/L，碘化鉀的濃度為0.05-0.10 mmol/L。

(2) 將混合溶液轉移至50 mL聚四氟乙烯反應釜內膽中，封緊反應釜，置于鼓風干燥箱內，120-200℃下反應6-14小時。

(3) 自然冷卻至室溫，3000 r/min~11000 r/min下離心分離，用水和無水乙醇洗滌三到五次，最后將洗滌干凈后的產物加入無水乙醇分散保護即得到燃料電池用PtPdCu電催化劑。

步驟(1)中，三嵌段共聚物P123同時作為保護劑和還原劑，本發明發現同類三嵌段共聚物F127和Brij 58同樣具備上述作用。