[發明專利]一種高活性的鉑鉍合金燃料電池陽極催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 201810349293.2
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN108598496A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 李巧霞;楊洋;李朋偉;田明華
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/92
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

本發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，即得到產品。與現有技術相比，本發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。

技術領域

本發明屬于納米電催化劑制備領域，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

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，因此是一種極具發展潛力的可再生能源轉換裝置。對燃料電池催化劑的相關研究將會有力推動直接乙醇燃料電池的發展。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，乙醇經過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。C1途徑由于轉移電子數多、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成可以有效提高反應路徑的選擇性從而提高乙醇的電催化氧化性能及穩定性。

雙金屬合金型納米催化劑越來越多的應用到燃料電池催化劑領域。其中，Bi元素對貴金屬材料產生的特殊的電子效應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定性的有效策略。Bi元素引入產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，同時促進OH_ad物種的形成，從而改變了反應的催化活性和選擇性，但目前傳統的NaBH₄快速還原法會導致的Pt、Bi兩相分離，不能有效形成合金相納米粒子。

發明內容

本發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。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

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。