[發明專利]一種形貌可控的Pt-Pd合金催化劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201711021664.6
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107887619B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 張娜;陳紅;王國文;章丹亭;張鵬飛;趙麗曼;于繼勝
• 申請（專利權）人: 北京航天動力研究所
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M8/1011;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

本發明提供了一種形貌可控的Pt?Pd合金催化劑及其制備方法與應用，屬于催化劑技術領域。所述方法包括以下步驟：將鉑鹽和鈀鹽溶解于第一溶劑中進行反應，得到Pt?Pd合金納米晶溶液，其中第一溶劑由二甲基酰胺和羧酸組成，將碳載體分散在第二溶劑中，得到碳載體懸浮液；將Pt?Pd合金納米晶溶液均勻分散在碳載體懸浮液中，攪拌至少4h，然后過濾洗滌、干燥，得到形貌可控的Pt?Pd合金催化劑。本發明實現在不使用長碳鏈的表面活性劑的條件下制備出形貌可控的Pt?Pd合金催化劑，該方法操作簡單，產率較高，降低了催化劑生產成本，且制備得到的Pt?Pd合金催化劑表面非常潔凈，活性位點不會被表面活性劑吸附占據，有效提高了催化劑的催化活性。

技術領域

本發明屬于催化劑領域，具體用途涉及一種形貌可控的Pt-Pd合金催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

質子交換膜燃料電池是將燃料具有的化學能直接變為電能的發電裝置，因其能量轉換效率高、環境污染少、可靠性高及無噪音等優點，被列為21世紀重要的可替代能源。然而，迄今為止，燃料電池的成本和壽命限制了它的廣泛應用尤其是在民用領域的應用。膜電極是質子交換膜燃料電池的核心部件，決定著質子交換膜燃料電池的性能、壽命以及成本。膜電極主要由催化層、氣體擴散層和質子交換膜組成，其中催化層是發生電化學反應的場所，決定著膜電極的性能和壽命。目前催化層的催化劑大多采用貴金屬Pt催化劑，其全球儲備量有限，成本高昂，嚴重阻礙了燃料電池商業化發展的進程。

因此，降低催化劑的Pt含量、提高其催化活性及耐久性對于降低燃料電池成本和提高燃料電池壽命具有重要意義。近年來，Pt基合金催化劑在提高Pt利用率及提高催化劑的耐久性方面引起了各研究者的關注。進一步研究發現，Pt基合金的形貌對其催化活性具有非常顯著的影響。其中，形貌控制的Pt-Ni合金因顯示優秀的催化活性而成為研究的熱點，到目前為止已經成功合成了具有(100)優勢晶面的立方體Pt-Ni合金、具有(111)優勢晶面的八面體和二十面體等各種不同形貌的Pt-Ni合金，而且這些合金催化劑顯示了優秀的催化活性，但是Pt-Ni合金催化劑在燃料電池工作環境下(如強酸性、高電位等)很容易發生非貴金屬Ni的溶解失效，難以滿足燃料電池催化劑的穩定性要求。研究發現，在八面體Pt₃Ni表面包覆一層Pt₃Pd殼后，在保證高催化活性的前提下，比單獨的八面體Pt₃Ni合金催化劑顯示了更高的電化學穩定性，因此，與Pt-Ni合金相比，形貌控制的Pt-Pd合金是發展高活性高穩定性Pt基合金催化劑更好的選擇之一。

但是到目前為止，大部分控制Pt基合金形貌的過程都涉及使用不同長碳鏈的表面活性劑，而表面活性劑在合金表面的吸附作用很強，合成反應結束后很難將其從金屬顆粒表面完全除去，不利于Pt基合金催化劑電催化活性的提高。

發明內容

本發明技術要解決的問題是：克服現有技術不足，提供一種形貌可控的Pt-Pd合金催化劑及其制備方法與應用以提高催化劑活性。

為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種形貌可控的Pt-Pd合金催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、將鉑鹽和鈀鹽溶解于第一溶劑中進行反應，得到Pt-Pd合金納米晶溶液，其中所述第一溶劑由二甲基酰胺和羧酸組成，將碳載體分散在第二溶劑中，得到碳載體懸浮液；

步驟2、將所述Pt-Pd合金納米晶溶液均勻分散在所述碳載體懸浮液中，攪拌至少4h，然后過濾洗滌、干燥，得到形貌可控的Pt-Pd合金催化劑。

在一可選實施例中，步驟1所述的第一溶劑中二甲基酰胺和羧酸的體積比為5～23：1。

在一可選實施例中，步驟1中所述的羧酸為甲酸、乙酸或丙酸中的一種或一種以上組合。

在一可選實施例中，步驟1中所述的鉑鹽和鈀鹽的摩爾比為1:(0.3～3)。