[發(fā)明專(zhuān)利]一種Pd-WO3

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911094669.0
• 申請(qǐng)日: 2019-11-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110931808A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔香枝;施劍林;黃為民
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/90
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/90;H01M4/92;B82Y30/00
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

本發(fā)明涉及一種Pd?WO₃/C質(zhì)子交換膜燃料電池陽(yáng)極電催化劑及其制備方法和應(yīng)用，所述Pd?WO₃/C質(zhì)子交換膜燃料電池陽(yáng)極電催化劑包括：碳黑基底、以及負(fù)載于碳黑基底上的Pd納米晶粒和WO₃納米晶粒，所述WO₃納米晶粒的含量為15～30wt%，所述Pd納米晶粒的負(fù)載量為2～8wt%。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池陽(yáng)極氫的電氧化催化劑，具體涉及一種Pd和WO₃共負(fù)載于碳黑的陽(yáng)極電催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cells，PEMFCs)具有低溫快速啟動(dòng)、高比功率和高比能量等特點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)首選的潔凈、高效的發(fā)電技術(shù)之一。一方面，目前商業(yè)化的PEMFCs的催化劑，使用了貴金屬Pt，并且其用量達(dá)到20-40wt％，Pt的高成本和有限儲(chǔ)量造成PEMFCs的推廣應(yīng)用較為困難。另一方面，PEMFCs的陽(yáng)極燃料來(lái)源主要是重整氫氣如煤化工制氫，含有一定量的CO，而CO分子極易吸附在Pt催化劑表面并覆蓋于活性位點(diǎn)，引起Pt催化劑的中毒，從而影響質(zhì)子交換膜燃料電池的性能和壽命，使得PEMFCs在全面商業(yè)化上仍有困難。因此，研究出具有高活性、低成本、抗CO中毒性能的非Pt陽(yáng)極催化劑材料體系是促進(jìn)PEMFCs推廣應(yīng)用中急需解決的重要問(wèn)題。

WO₃具有特殊的電化學(xué)催化性能，在酸性環(huán)境中可以與氫形成一種氫鎢青銅型化合物H_xWO₃，具有良好的質(zhì)子傳導(dǎo)能力，還可以降低CO在催化劑上的吸附，提高催化劑的抗CO中毒性能。然而WO₃導(dǎo)電性較差、活性位點(diǎn)較少，是限制其作為陽(yáng)極催化劑的一個(gè)重要原因。中國(guó)專(zhuān)利1(公開(kāi)號(hào)CN109745969A)公開(kāi)了一種碳載超小尺寸(3nm左右)貴金屬納米粒子催化劑及制備方法，即將活性炭、硝酸鉑或硝酸鈀加入水和乙醇中形成懸濁液，采用快速霧化干燥，制備得到固態(tài)粉末狀前驅(qū)物，并將所得固態(tài)粉末狀前驅(qū)物在還原氣氛(氫氣和氬氣)中、300-650℃下煅燒，得到超小尺寸貴金屬負(fù)載于活性炭表面的材料。該制備方法中雖然貴金屬(Pd、或Pt)與商用活性炭的質(zhì)量比為(0.5～5)：100，但其僅為貴金屬催化劑的制備方法，并未涉及PEMFCs陽(yáng)極或陰極催化劑使用，更未涉及PEMFCs陽(yáng)極抗CO性能方面的發(fā)明。中國(guó)專(zhuān)利2(公開(kāi)號(hào)CN 101615677 A)公開(kāi)了一種用于燃料電池膜電極的電催化劑及其制備方法及燃料電池膜電極，即將保水物質(zhì)(如WO₃)的有機(jī)前驅(qū)體溶于易揮發(fā)有機(jī)溶劑(乙醇)中，然后加入已經(jīng)過(guò)預(yù)處理的碳載體，經(jīng)過(guò)室溫下的攪拌、40－70℃的真空干燥，以及200-600℃惰性氣體的熱處理，得到保水物質(zhì)沉積的碳載體即復(fù)合載體；然后將貴金屬Pt后處理沉積到該復(fù)合載體上得到。該發(fā)明中所屬保水物質(zhì)(WO₃)的含量為0.3-10wt％，貴金屬為Pt并且Pt其的含量高達(dá)10-60wt％。該高含量的貴金屬Pt，在現(xiàn)有Pt等貴金屬資源儲(chǔ)備有限的世界環(huán)境中，推廣應(yīng)用到質(zhì)子交換膜燃料電池中是很艱難的。中國(guó)專(zhuān)利3(公開(kāi)號(hào)CN103657648A)公開(kāi)了一種燃料電池電催化劑Pt/WO₃/C的制備方法，即先用介孔SiO₂為模板合成介孔WO₃，然后將介孔WO₃和碳黑(XC-72R)分散到非水溶劑中通過(guò)物理混合得到混合載體WO₃/C，再通過(guò)乙二醇還原的方法將Pt顆粒負(fù)載到該混合WO₃/C載體中。該發(fā)明中通過(guò)物理混合方法得到的WO₃/C載體中，介孔WO₃易偏析從而和碳黑分離開(kāi)來(lái)，使Pt催化劑不能均勻分布于WO₃/C的界面，不利于WO₃助催化劑作用的發(fā)揮；同時(shí)，該發(fā)明中的貴金屬為Pt并且其的含量達(dá)到10-30wt％，WO₃的比例僅為Pt的0.1～1％，該催化劑中高Pt使用量也不利于該復(fù)合材料Pt/WO₃/C在PEMFCs中的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容