[發明專利]一種燃料電池氧還原催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201711310724.6
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108011111B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 何傳新;張向春;李國棟;張俊民;范梁棟;張黔玲;劉劍洪
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

本發明公開一種燃料電池氧還原催化劑及其制備方法。本發明的燃料電池氧還原催化劑制備方法包括以下步驟：將含氮高分子和含吡啶的酯混合于溶劑中，并在惰性氣體氛圍下進行加熱反應；向反應后的溶液中加入導電炭黑和過渡金屬鹽溶液，攪拌均勻后進行烘干，得到固體混合物；將所述固體混合物在惰性氣體氛圍下進行煅燒，得到氧還原催化劑。本發明的制備方法成本低廉、環境友好，而且所制備的氧還原催化劑催化活性好，耐久性好，與貴金屬Pt催化劑的極限電流接近，有利于推廣應用。

技術領域

本發明涉及化工領域，尤其涉及一種燃料電池氧還原催化劑及其制備方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池作為燃料電池的代表，能夠有效地將化學能轉化為電能，因具能量轉換效率高，功率密度高，啟動快，零排放等特點，被認為是應用前景較好的移動能源裝置。但是，質子交換膜燃料電池尚未廣泛應用，原因在于，其工作過程中，需使用大量的Pt基催化劑，才能完成氧還原反應。而Pt基催化劑的成本高、活性低和耐久性不足，限制了質子交換膜燃料電池的進一步發展和推廣應用。因此，研究制備出活性和穩定性高的非貴金屬催化劑對于質子交換膜燃料電池具有重要的意義。

對于非貴金屬催化劑的制備材料，人們的研究重點逐漸由昂貴的或有化學危害的高分子聚合物轉向可再生生物質，主要體現在含氮前驅體的選擇上。現有技術公開了一種利用動物骨頭制備多空材料的方法，并應用于制備燃料電池電極催化劑，取得一定的氧還原反應性能，但是遠遠不能達到商業化應用的要求。而且，動物骨頭不僅物理組成和化學結構復雜，合成工藝難以控制，對于催化活性的形成機理研究較為困難，不利于成本低、活性高、耐久性好，適合于商業化應用的氧氣還原反應催化劑的研發。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種燃料電池氧還原催化劑及其制備方法，旨在解決現有的氧氣還原反應催化劑的成本高、活性低和耐久性不足的問題。

本發明的技術方案如下：

一種燃料電池氧還原催化劑的制備方法，其中，包括以下步驟：

A、將含氮高分子和含吡啶的酯混合于溶劑中，并在惰性氣體氛圍下進行加熱反應；

B、向反應后的溶液中加入導電炭黑和過渡金屬鹽溶液，攪拌均勻后進行烘干，得到固體混合物；

C、將所述固體混合物在惰性氣體氛圍下進行煅燒，得到氧還原催化劑。

所述的燃料電池氧還原催化劑的制備方法，其特征在于，還包括以下步驟：

D、將煅燒后產物進行研磨處理，然后過篩，得到所述氧還原催化劑。

所述的燃料電池氧還原催化劑的制備方法，其中，所述含氮高分子為聚乙烯亞胺。

所述的燃料電池氧還原催化劑的制備方法，其中，所述含吡啶的酯為煙酸乙酯。

所述的燃料電池氧還原催化劑的制備方法，其中，所述溶劑為N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基丙烯基脲中的一種。

所述的燃料電池氧還原催化劑的制備方法，其中，所述過渡金屬鹽溶液為氯化鐵溶液、氯化鈷溶液、氯化銅溶液中的一種或多種。

所述的燃料電池氧還原催化劑的制備方法，其中，所述含氮高分子和含吡啶的酯的摩爾比為1:8-12，所述導電炭黑與含氮高分子的質量比為0.5-2：1。

所述的燃料電池氧還原催化劑的制備方法，其中，過渡金屬鹽中的金屬與含氮高分子的質量比為0.05-1：1。

所述的燃料電池氧還原催化劑的制備方法，其中，步驟C中，煅燒溫度為500-900℃，煅燒時間為1-5h。