[發明專利]一種貴金屬納米籠催化劑及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201810537534.6
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN110556547B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 符顯珠;盛家利;謝金麒;康佳慧;盛國慶;孫蓉
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M4/88;B82Y40/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供了一種貴金屬納米籠催化劑及其制備方法和用途，所述催化劑呈空心納米籠結構；所述催化劑的制備方法包括：將空心納米籠模板劑與貴金屬前驅體溶液混合后進行反應，生成貴金屬，之后洗滌，得到貴金屬納米籠催化劑。本發明所述空心納米籠催化劑極大地降低了貴金屬的使用量，而且比表面積較大，活性位點多，物質傳輸距離較短；制備方法簡單，貴金屬催化劑及其結構由過渡金屬前驅體直接得到；所得催化劑穩定性好，電催化活性高，用于乙醇燃料電池的催化氧化時，質量活性可以達到3900mA mg^?1左右，比活性可以達到4.0mA cm^?2左右。

技術領域

本發明屬于催化劑技術領域，涉及一種貴金屬催化劑及其制備方法和用途，尤其涉及一種貴金屬納米籠催化劑及其制備方法和作為燃料電池陽極催化劑的用途。

背景技術

能源問題是當今社會的重大問題之一，與人類的生存息息相關，而隨著化石能源的日益短缺，開發可再生能源，實現能源的有效利用，是我們迫切需要解決的問題。燃料電池是一種將存在于氧化劑與燃料中的化學能直接轉化為電能的發電裝置，可實現資源有效利用，同時也便于能源的運輸與儲存。

直接乙醇燃料電池作為一種重要的燃料電池，因其具有能量密度高、毒性小、無污染的特點，在電動汽車等便攜式設備領域有廣闊的應用前景，被研究者們廣泛研究。然而，燃料電池的正常工作需要催化劑進行催化。目前，直接乙醇燃料電池催化劑已有很多研究，大多數高效催化劑主要還是集中于貴金屬Pt上，然而Pt的價格昂貴，造成催化劑成本太高，而且抗毒性差，因此需要研發一種新的無Pt催化劑，該新型催化劑需要具備成本降低、抗毒性強，顆粒不易于團聚，穩定性強等特點。因此，制備高效廉價的催化劑依然是很大的挑戰。

針對現有催化劑的問題，很多研究者也從原料、結構和形貌等方面做出改進。與實心金屬催化劑相比，空心結構表現出低密度、高比表面積、節省材料和低成本的優點；CN1616165A公開了一種納米金屬空心球的制備方法，該方法以檸檬酸為保護劑，硼氫化鈉為還原劑，鈷鹽為模板還原貴金屬鹽制備粒徑為15～50nm的貴金屬納米空心結構。CN103050716A公開了一種鈀空心納米球，該空心納米球是采用犧牲模板法制備得到的，由鈀納米粒子堆積形成空心球結構，但以上催化劑是由納米粒子堆積形成的空心結構，穩定性較差，形貌不易控制，反應條件苛刻，催化性能仍不甚理想。

綜上所述，燃料電池用催化劑的改進，需要考慮多種影響因素，從形貌、結構和組成等方面著手，同時簡化制備過程，降低成本。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種貴金屬納米籠催化劑及其制備方法和用途，所述納米籠催化劑為空心結構，極大地降低了貴金屬的使用量，而且比表面積較大，物質傳輸距離較短；制備方法簡單，貴金屬催化劑及其結構由過渡金屬前驅體直接得到；所得催化劑穩定性好，電催化活性高。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種貴金屬催化劑，所述貴金屬催化劑呈空心納米籠結構。

本發明中，所述貴金屬催化劑為空心納米籠結構，貴金屬使用量較少，比表面積較大，活性位點較多，具有較高的穩定性和催化活性；以過渡金屬前驅體為模板直接得到，制備方法簡單高效，適用于大規模生產。

以下作為本發明優選的技術方案，但不作為本發明提供的技術方案的限制，通過以下技術方案，可以更好地達到和實現本發明的技術目的和有益效果。

作為本發明優選的技術方案，所述貴金屬催化劑中的貴金屬包括鈀、釕、鉑或金中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實例有：鈀和釕的組合，釕和鉑的組合，鈀、鉑和金的組合，釕、鉑和金的組合等，優選為鈀。

優選地，所述催化劑呈八面體空心納米籠結構。