[發(fā)明專利]一種高活性的鉑鉍合金燃料電池陽極催化劑的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810349293.2
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN108598496A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李巧霞;楊洋;李朋偉;田明華
• 申請（專利權(quán)）人: 上海電力學(xué)院
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/92
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

本發(fā)明涉及一種高活性的鉑鉍合金燃料電池陽極催化劑的制備方法，包括以下步驟：(1)將鉍源溶解于還原性溶劑中，隨后加入鉑源和穩(wěn)定劑，攪拌混勻；(2)在步驟(1)的混合溶液中加入活性碳粉，分散均勻；(3)將步驟(2)的混合溶液通入氮氣除氧，之后加熱并進行冷凝回流；(4)待步驟(3)混合溶液冷卻后，進行抽濾洗滌，最后干燥，即得到產(chǎn)品。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種步驟簡單的碳載PtBi合金的制備方法，簡化反應(yīng)步驟，得到了具有合金相的Pt₂Bi₁納米粒子，Pt、Bi兩相不分離，可有效形成合金相納米粒子，顯著提高Pt基材料對乙醇的電催化氧化活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米電催化劑制備領(lǐng)域，具體涉及一種高活性的鉑鉍合金燃料電池陽極催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

直接乙醇燃料電池具有燃料乙醇無毒、理論能量密度高，以及乙醇燃料電池具有較低的工作溫度的特點，并且乙醇可以通過如發(fā)酵、乙烯水化等方式獲取，燃料的來源廣泛，因此是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉崔D(zhuǎn)換裝置。對燃料電池催化劑的相關(guān)研究將會有力推動直接乙醇燃料電池的發(fā)展。研究表明，乙醇的電氧化分為C1路徑和C2路徑，C1路徑涉及12電子反應(yīng)，乙醇經(jīng)過CO中間體完全氧化為CO₂或者碳酸鹽；C2路徑乙醇的C-C鍵沒有被打斷，涉及到4個或者2電子反應(yīng)。C1途徑由于轉(zhuǎn)移電子數(shù)多、氧化徹底，因此是乙醇氧化的理想途徑。通過改進Pt基燃料電池催化劑的構(gòu)成可以有效提高反應(yīng)路徑的選擇性從而提高乙醇的電催化氧化性能及穩(wěn)定性。

雙金屬合金型納米催化劑越來越多的應(yīng)用到燃料電池催化劑領(lǐng)域。其中，Bi元素對貴金屬材料產(chǎn)生的特殊的電子效應(yīng)可以大大增強材料本身對乙醇氧化的催化活性。研究表明，將Bi元素在Pt的基底上進行表面修飾后可改變醇類電催化氧化的反應(yīng)路徑，因此制備一種PtBi合金型催化劑是一種提高材料催化活性和穩(wěn)定性的有效策略。Bi元素引入產(chǎn)生的顯著增強的催化活性，主要是由于Bi元素改變了基底材料的d帶電子態(tài)，同時促進OH_ad物種的形成，從而改變了反應(yīng)的催化活性和選擇性，但目前傳統(tǒng)的NaBH₄快速還原法會導(dǎo)致的Pt、Bi兩相分離，不能有效形成合金相納米粒子。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題而提供一種能夠可靠形成PtBi合金納米粒子且對直接乙醇燃料電池陽極催化具有顯著提升作用的Pt₂Bi₁合金燃料電池陽極催化劑的制備方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種高活性的鉑鉍合金燃料電池陽極催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鉍源溶解于還原性溶劑中，隨后加入鉑源和穩(wěn)定劑，攪拌混勻；

(2)在步驟(1)的混合溶液中加入活性碳粉，分散均勻；

(3)將步驟(2)的混合溶液通入氮氣除氧，之后加熱并進行冷凝回流；

(4)待步驟(3)混合溶液冷卻后，進行抽濾洗滌，最后干燥，即得到產(chǎn)品。

進一步地，步驟(1)所述的鉍源為BiCl₃，所述的鉑源為K₂PtCl₄，其中，鉍元素與鉑元素的摩爾比為1：2。

進一步地，步驟(1)所述的還原性溶劑為乙二醇。

進一步地，步驟(1)所述的穩(wěn)定劑為檸檬酸三鈉。

進一步地，步驟(2)所述的活性碳粉為Vulcan XC-72R活性碳粉。

進一步地，步驟(2)加入活性碳粉后進行超聲分散。

進一步地，步驟(3)在氮氣氛圍下加熱至180℃冷凝回流3h。