[發明專利]一種燃料電池催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201710989063.8
• 申請日: 2017-10-22
• 公開（公告）號: CN107768687B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 卯志華
• 申請（專利權）人: 蘇州朗泰新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/90
• 代理公司: 北京華識知識產權代理有限公司 11530
• 代理人: 江婷

本發明提供了一種燃料電池催化劑及其制備方法，利用金屬碳氮氧化物與少量石墨烯制成金屬碳氮氧化物?石墨烯復合材料，兩者復合后協同作用，提高催化性能，然后將該復合材料用酸性溶液浸漬處理，最后進行熱處理，優化催化劑的內部結構和表面性能，得到一種燃料電池催化劑，不使用鉑等貴金屬，一定程度上降低了成本，且所得催化劑具有極佳的催化活性。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，特別地，涉及一種燃料電池催化劑及其制備方法。

背景技術

新能源是當前世界性的研究和發展熱點，燃料電池能直接將燃料的化學能轉化為電能，不受卡諾循環限制，具有高效無污染的特性，是當今替代能源的重點發展方向之一。

在燃料電池的研究和發展過程中，催化劑是其最關鍵和急需突破的瓶頸之一。燃料電池根據電解質的種類或電極的種類被分類為各種類型，作為代表性的類型包括堿型、磷酸型、熔融碳酸鹽型、固體電解質型、固體高分子型。用于燃料氧化和氧化還原的電催化劑一般基于鉑或者鉑與一種或更多種其他金屬的合金。鉑或鉑合金催化劑可以未負載的納米大小顆粒(比如金屬黑或其他未負載的顆粒狀金屬粉末)形式存在，或者可作為甚至更高表面積顆粒沉積到導電碳基底或其他導電材料上(負載型催化劑)。

鉑的優勢在于在高的電位下穩定且活性高，但是，鉑屬于貴金屬，價格昂貴，而且資源量有限，因此，目前燃料電池催化劑的一大研究方向就是在不影響甚至提高催化性能的前提下尋找鉑的替代品或部分替代品。

發明內容

本發明目的在于提供一種燃料電池催化劑及其制備方法。

為實現上述目的，本發明提供了一種燃料電池催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)在含有氧氣的惰性氣體中加熱金屬碳氮化物，制成金屬碳氮氧化物；

(2)石墨烯加入丙酮中超聲波分散，得到石墨烯分散液，將步驟(1)所得金屬碳氮氧化物加入石墨烯分散液中，混合打漿，除去溶劑，高溫處理，得到金屬碳氮氧化物-石墨烯復合材料；

(3)步驟(2)所得金屬碳氮氧化物-石墨烯復合材料用酸性溶液浸漬處理，取出后洗滌，干燥；

(4)熱處理，即得。

優選的，將步驟(4)所得催化劑負載在載體材料上，所述載體材料為釩-鈦復合氧化物。

進一步優選的，所述釩-鈦復合氧化物是在弱氧氣氣氛和550～650℃條件下用釩摻雜二氧化鈦而得。

進一步優選的，負載方法采用直接吸附法。

優選的，步驟(1)中，氧氣與惰性氣體的體積比為1：7～8，所述惰性氣體為氦氣或氬氣。

優選的，步驟(1)中的加熱條件為：1000～1100℃加熱8～9小時。

優選的，步驟(1)中的金屬碳氮化物為鈦和鈧的碳氮化物。

進一步優選的，鈦和鈧的碳氮化物的制備方法如下：將碳化鈦、醋酸鈧和氮化鈦按照摩爾比12～13：1：7～8混合制成混合粉末，然后轉移至管式爐中，在1700～1800℃和氮氣氣氛中加熱1～2小時，粉碎，得到鈦和鈧的碳氮化物。

更進一步優選的，采用氧化鋯球磨機進行粉碎處理。

優選的，步驟(2)中，石墨烯與丙酮的質量體積比為1g：100～110mL。

優選的，步驟(2)中，金屬碳氮氧化物與石墨烯的質量比為12～13：1。

優選的，步驟(2)中，采用旋蒸法除去溶劑，然后用去離子水洗滌2～3次，并進行干燥處理。

進一步優選的，干燥處理條件為：80～90℃烘干5～8小時。