[發明專利]一種PtPdCu三元合金催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910059027.0
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109786773B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 李海波;彭樂超
• 申請（專利權）人: 聊城大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張曉鵬

本發明屬于新能源材料技術領域，具體涉及一種PtPdCu三元合金催化劑及其制備方法和應用。多元金屬催化劑中摻入的非貴金屬往往在酸性介質中性質不穩定，限制了燃料電池的應用。本申請提供了一種PtPdCu三元合金催化劑，將金屬鹽混合后，加入CTAB經水熱合成法制備了一種純粹的三元金屬催化劑，能夠在酸性和堿性介質中工作，在酸性介質中的性能更加優異。并且在本申請研究過程中，發明人發現，針對該三種金屬的合金催化劑制備，加入CTAB可同時起到表面活性劑及還原劑的技術效果，進一步簡化了制備工藝，該PtPdCu催化劑在電催化乙醇氧化反應中呈現出較高的催化活性與催化穩定性等優點。

技術領域

本發明屬于新能源材料技術領域，具體涉及一種PtPdCu三元合金催化劑及其制備方法，還涉及所述催化劑在酸性電解質中的電催化應用。

背景技術

隨著世界經濟的快速發展，不可再生化石能源消耗量持續增加，人類正面臨著日益嚴重的能源短缺和環境破壞問題，發展高效、清潔、經濟的能源，具有重要意義。燃料電池是高效、環境友好的發電裝置，它可以直接將貯存在燃料和氧化劑中的化學能轉化為電能，由于其不受卡諾循環的限制，具有能源轉換效率高、燃料多樣化、環境友好的優點。在環境與能源備受人們關注的今天，大力發展燃料電池技術已勢在必行。低溫燃料電池，由于具有環境友好、快速啟動、無電解液流失、壽命長、功率密度和能量密度高等優點，在電動汽車動力電源、移動電源、微型電源及小型發電裝置等方面顯示出廣闊的應用前景。

電催化劑是燃料電池的關鍵材料，燃料電池系統要獲得高效率和高比能量，就必須提高燃料和氧化劑在電極過程中的反應活性，即研究和發展高效催化劑。目前，聚合物電解質燃料電池普遍使用貴金屬鉑作為陰極氧還原催化劑的主要成分，即Pt/C催化劑。但由于鉑資源匱乏，價格昂貴，使得聚合物電解質燃料電池成本居高不下；此外，燃料和空氣中存在的雜質氣體，如一氧化碳、硫氧化物、氮氧化物等易引起催化劑中毒的累積效應，這是導致燃料電池低壽命的根本原因之一，高成本和低使用壽命嚴重制約了燃料電池商業化的進程。為了降低燃料電池催化劑的生產成本，技術人員采用廉價的非貴金屬與Pt形成合金的形式來減少Pt的用量，并且后續研究中發現非貴金屬的引入能夠有效的提高催化劑的性能。公開專利CN107342424A中提出了一種PtPdCu三元合金催化劑的制備方法，將相應的金屬鹽混合后采用水熱合成法，采用三嵌段共聚物P123充當保護劑和還原劑，以碘化鉀作為形貌控制劑，制備了一種電催化氧化甲醇性能的PtPdCu三元合金催化劑。通常狀況下，非貴金屬在酸性介質中不穩定，在堿性介質中卻能夠穩定并保持較高的催化活性，上述專利中制備的三元合金催化劑仍然是一種堿性環境下工作的催化劑，提出一種能夠適用于酸性介質環境的合金催化劑有利于擴展染料電池的應用。

發明內容

針對以上技術缺陷，本申請提供了一種新的PtPdCu三元合金催化劑，本申請中的PtPdCu三元合金催化劑將相應的金屬鹽原料混合后，加入表面活性劑通過水熱合成法制備得到的一種純粹的三元金屬催化劑，能夠在酸性和堿性介質中工作，在酸性介質中的性能更加優異，克服了現有技術中非貴金屬合金在酸性介質中不穩定的技術問題。

為了實現上述技術效果，本申請提供以下技術方案：

一種PtPdCu三元合金復合粉體的制備方法，其特征在于：將鉑鹽、鈀鹽、銅鹽混合后加入表面活性劑，混合后經水熱法制備該復合粉體，所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、十六烷基三甲基氯化銨、十二烷基二甲基芐基氯化銨、十二烷基二甲基芐基溴化銨中的一種；優選的，該表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)。