[發明專利]一種氫氧燃料電池陽極銥基催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 201810893560.2
• 申請日: 2018-08-07
• 公開（公告）號: CN110828832A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 陶思成;史瑞祥;謝鑫
• 申請（專利權）人: 深圳渝鵬新能源汽車檢測研究有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90;H01M8/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種氫氧燃料電池陽極銥基催化劑的制備方法，屬于燃料電池技術領域。本發明首先將銥前驅體、功能化碳載體以及檸檬酸鈉均勻分散在溶劑中，攪拌一段時間后，將該混合液均勻地平鋪在有機聚合物薄膜上，再水浴蒸干；最后通過在還原氣氛熱處理，制備出顆粒均勻分散的碳載銥基催化劑。本發明大大簡化了傳統銥基催化劑的制備方法，所制備的催化劑催化活性高、產量大、一致性好、粒徑小、高分散，且制備工藝簡單，可實現高效低成本催化劑的批量化生產，并廣泛應用于氫氧燃料電池。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，特別涉及一種氫氧燃料電池陽極銥基催化劑的制備方法。

背景技術

氫氧燃料電池是一種將氫氣中的化學能直接轉換為電能的裝置，它具有能量密度高、功率密度高、能量轉換效率高、無污染、室溫快速啟動等突出特點，被認為是未來電動汽車的最佳動力電池。然而，氫氧燃料電池中使用大量貴金屬鉑作為催化劑，導致其成本居高不下，制約了其大規模商業化推廣。開發氫氧燃料電池陽極非鉑催化劑，對降低燃料電池成本、實現燃料電池汽車大規模商業化具有重要意義。

金屬銥催化氫氧化反應具有過電位低、反應速率較高的特點，被認為是潛在的鉑替代催化劑之一，備受研究者的關注。文獻[Int.J.Hydrogen.Energy，2010，35：5528-5538]公開了一種通過水熱還原合成IrV/C催化劑的方法，該方法首先采用120℃乙二醇溶劑熱還原Ir、V前驅體，然后在200℃還原氣氛退火獲得IrV/C催化劑。文獻[J.Phys.Chem.C，2011，115：9894-9902]報道了一種IrNi/C核殼結構催化劑的合成方法，該方法采用NaBH4還原劑金屬前驅體，再在還原氣氛600℃高溫處理，獲得IrNi/C核殼結構催化劑。中國發明專利CN101411012A公開了“一種燃料電池用催化劑的制造方法”，該發明通過pH值調節，使各金屬鹽形成氫氧化物擔載在導電載體上，再通過兩步熱處理合金化，制備出含鉑、賤金屬和銥的三元合金催化劑。文獻[J.Mater.Chem.A，2014，2：10098-10103]和中國發明專利CN103331172A公開了“一種燃料電池Ir基陽極催化粒徑劑的制造方法”，該方法先以濃氨水為絡合劑形成鎳氨絡合陽離子，再水浴蒸干制備出碳載銥鎳絡合物，然后在氫氣氛中還原，制備出了碳載IrNi合金催化劑。以上方法制備出的銥基催化劑雖然皆具有一定的氫氧化活性，但催化性能都仍難以與鉑基催化劑相媲美，催化活性無法滿足燃料電池實際應用的要求；且制備工藝都復雜、繁瑣、污染大，難以實現催化劑的綠色、批量化制備。

發明內容

本發明的目的是針對現有的銥基催化劑制備方法工藝繁瑣、成本高、無法批量生產且活性不足的問題，提供一種氫氧燃料電池陽極銥基催化劑的制備方法。本發明先將銥前驅體、功能化碳載體以及檸檬酸鈉均勻分散在溶劑中，攪拌一段時間后，將該混合液均勻地分布在有機聚合物薄膜上，再水浴蒸干；最后通過在還原氣氛熱處理，制備出顆粒均勻分散的碳載銥基催化劑。本發明大大簡化了傳統的銥基催化劑制備方法，所制備的催化劑活性高、產量大、一致性好、粒徑小、高分散，使得金屬利用率及氫氧化活性得到有效提高，并且能夠批量生產。

本發明的目的是這樣實現的：一種氫氧燃料電池陽極銥基催化劑的制備方法，其具體方法步驟包括

(1)碳載體的功能化

取500ml圓底燒瓶，稱取8克市售Vulcan XC-72碳粉，加入100～320毫升濃硝酸后，升溫回流至沸騰開始計時，反應2～8h，冷卻至室溫，加水稀釋，抽濾洗滌至pH接近7，烘干，球磨成粉末，即得到功能化Vulcan XC-72碳粉。

(2)銥前驅體吸附在功能化碳上