[發明專利]碳點-鉑-鈀復合體的制備方法

有效

• 申請號: 201780058740.2
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN109792060B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 崔淏皙;阮文多
• 申請（專利權）人: 忠南大學校產學協力團
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M8/1011;B01J21/18;B01J23/42;B01J23/44
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 樸云龍

本發明涉及均勻分散有鉑催化劑，表面積寬且穩定，催化劑活性高的鉑系納米復合體的制備方法和由此制備的燃料電池用鉑系催化劑及利用其的燃料電池，更詳細地，涉及鉑、鈀及碳點的納米復合體的制備方法和由此制備的燃料電池用鉑系催化劑及利用其的燃料電池，上述鉑、鈀及碳點的納米復合體的制備方法包括：步驟(A)，在混合碳點(Cdot)和鉑前體及鈀前體的狀態下，使鉑前體及鈀前體還原來制備致密的納米樹枝狀球形納米復合體；以及步驟(B)，在上述致密的納米樹枝狀球形納米復合體中選擇性地蝕刻鈀來賦予多孔性。

技術領域

本發明涉及均勻分散有鉑催化劑，表面積寬且穩定，催化劑活性高的鉑系納米復合體的制備方法和由此制備的燃料電池用鉑系催化劑及利用其的燃料電池。

背景技術

燃料電池作為使燃料的化學能通過電化學反應直接轉換成電能及熱能的裝置，被考慮為對于新能量要求的解決方案。在燃料電池中，直接甲醇型燃料電池(DMFCs,directmethanol fuel cells)和直接甲酸型燃料電池(DFAFCs,direct formic acid fuelcells)作為便攜式電子設備和無污染汽車的重要部件深受矚目。直接甲醇型燃料電池和直接甲酸型燃料電池的最大的優點為具有高效率性、高能量密度、低的工作溫度、低的毒性，可在確保碳化氫燃燒時產生的副產物之類的污染物質不產生的情況下生產電力。但因對于氧化反應的活性低，作為氧化電極(Anode，陽極)催化劑的鉑系催化劑的價格昂貴的缺點而在更多范圍內的應用受限。

鉑(Pt)系催化劑為在堿性電解質溶液中對甲醇及甲酸的氧化最有希望的催化劑。但是，鉑系催化劑因吸附于表面的CO和/或反應中間體而容易被中毒(poisioning)。最終，鉑系催化劑的電子催化劑活性隨著反應時間的經過甚至在數百秒內快速降低。為了增加催化劑的耐中毒性，提高活性來提高電子催化劑性能，并減少催化劑中昂貴的鉑的使用量，正在開發如Pt-Ru、Pt-Pd、Pt-Co、Pt-Ti、Pt-V及Pt-Au等作為鉑和其他金屬的合金形態的二元催化劑(韓國授權專利10-11 37066,美國授權專利8603400)，已被商用化。并且，也正在對三元類催化劑、四元類催化劑進行研究。

與一般的固體催化劑相比，就中空性(hollow)鉑系納米粒子而言，表面積寬，密度低，且對于甲醇和甲酸的氧化的電子催化劑性能高。中空性鉑系納米粒子的電子催化劑性能可通過調節納米粒子的形狀、大小及組成來得到進一步的提高。為此，作為鉑系催化劑，提出了制備中空性納米粒子的很多方法，據報告，有如Pt-Co、Pt-Ni、Pt-Pd等形狀和組成不同的多種基于鉑的中空性納米粒子。盡管如此，就多種上述中空性納米催化劑而言，其合成方法復雜，結構致密，且表面光滑，因而仍存在表面活性不高的問題。

另一方面，開發了如下的多種催化劑，為了減少多種鉑系催化劑的凝聚，并增加電導率來使通過反應產生的電流有效流動，使鉑系催化劑浸涂于碳黑、碳納米管、石墨烯、石墨烯氧化物的還原物、無定形碳之類的碳納米物質的載體中(韓國授權專利10-0480969)。但是，就浸涂于碳載體的催化劑而言，在燃料電池工作期間，多種催化劑金屬納米粒子從碳載體分離，而這成為大大減少催化劑的有效表面積來降低燃料電池性能的主要原因。進而，多種碳載體具有與多種其他物質相結合的性質，當制備工作電極時，夾在很多納米晶體之間，致使有效表面積大大減少。為了克服這種多種碳載體物質的缺點，作為碳納米物質的新形態，開發了碳點(Cdot,carbon dot)。