[發(fā)明專利]鉑鈷合金納米電催化劑的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010624431.0
• 申請(qǐng)日: 2020-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN111916764A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧軍;朱勇;姚睿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/88
• 分類號(hào): H01M4/88;H01M4/90;H01M4/92;B82Y30/00
• 代理公司: 北京勁創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11589
• 代理人: 曹玉清

本發(fā)明公開了鉑鈷合金納米電催化劑的制備方法包括以下步驟：將氯鉑酸水溶液和二氯化鈷溶于乙醇中超聲分散15?30min；再滴入三乙胺繼續(xù)超聲分散15?30min至渾濁均勻狀態(tài)得混合溶液；將炭黑ECP?600超聲均勻分散于無(wú)水乙醇中，超聲分散1h得炭黑漿料；混合溶液添加入炭黑漿料中，超聲分散得前驅(qū)液；在1000rmp下將硼氫化鈉乙醇溶液加入步驟三的前驅(qū)液中攪拌反應(yīng)1h；過濾、洗滌、干燥，即得鉑鈷合金納米催化劑。通過廉價(jià)原材合成PtCo合金納米電催化劑；探究了添加Co后，合適的還原劑和堿性絡(luò)合劑的料添加量對(duì)于電催化劑電化學(xué)活性面積及氧還原反應(yīng)有較為明顯的提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)燃料電池催化劑領(lǐng)域，具體涉及鉑鈷合金納米電催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

作為能夠替代化石燃料設(shè)備的電池，燃料電池具有廣闊運(yùn)用前景。其中，質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFCs)是燃料電池中最有希望替代內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力交通的設(shè)備之一，它具有無(wú)污染、燃料來(lái)源豐富、質(zhì)量輕、便攜方便、高效等特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)各種能源設(shè)備的商業(yè)化，需要制備先進(jìn)、高效、耐用的電極材料。

無(wú)支撐或碳支撐的鉑納米粒子是燃料電池常用的電催化劑。因?yàn)殂K具有理想的電催化表面，可以選擇性地激活分子氧的結(jié)合，具有良好的氧還原能力，可作為氧還原反應(yīng)(ORR)和氫氧化反應(yīng)(HOR)的主要催化劑。但由于氧還原反應(yīng)是緩慢的動(dòng)力學(xué)過程和Pt納米粒子固有的不穩(wěn)定性，在燃料電池的工作過程中鉑納米電催化劑的氧還原能力受到限制。因此，研制更高活性的電催化劑是加快質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFCs)應(yīng)用必須解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。

近年來(lái)，為了提高電催化劑的ORR活性和穩(wěn)定性，目前已經(jīng)開展的研究工作有對(duì)載體的改進(jìn)、Pt基金屬材料與非Pt納米/微米材料的理論設(shè)計(jì)和可控制備等。例如通過表面原子控制單晶Pt的切面重排可以調(diào)優(yōu)其ORR催化性能。而Pt-M基(Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，Zn)雙金屬和三金屬電催化劑可提高ORR活性和穩(wěn)定性，這是由于合金表面上d帶中心的偏移，Pt的電子結(jié)構(gòu)因過渡金屬而改變，使得氧原子結(jié)合能降低，ORR能力提高。在過渡金屬中，從催化劑活性、金屬間化合物的形成難易度觀點(diǎn)來(lái)看，鈷更容易與鉑(Pt)形成金屬間化合物。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供鉑鈷合金納米電催化劑的制備方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：鉑鈷合金納米電催化劑的制備方法包括以下步驟：

步驟一、將氯鉑酸水溶液和二氯化鈷溶于乙醇中超聲分散15-30min；再滴入三乙胺繼續(xù)超聲分散15-30min至渾濁均勻狀態(tài)得混合溶液；

步驟二、將炭黑ECP-600超聲均勻分散于無(wú)水乙醇中，超聲分散1h得炭黑漿料；

步驟三、將步驟一中混合溶液添加入步驟二中的炭黑漿料中，超聲分散10-15min后得前驅(qū)液；

步驟四、在1000rmp下將硼氫化鈉乙醇溶液加入到步驟三的前驅(qū)液中攪拌反應(yīng)1h，過濾、洗滌、干燥，即得鉑鈷合金納米催化劑。

作為優(yōu)選，所述的步驟一中，氯鉑酸與二氯化鈷的摩爾比為2.8:1，氯鉑酸選自六水合氯鉑酸，二氯化鈷選自六水合二氯化鈷，其中超聲分散過程中超聲功率為30W-90W。

作為優(yōu)選，所述的步驟一中三乙胺添加量質(zhì)量應(yīng)為氯鉑酸水溶液中鉑離子質(zhì)量的2-3倍。

作為優(yōu)選，所述的步驟四中硼氫化鈉的添加量為90mg-100mg。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：通過廉價(jià)原材合成PtCo合金納米電催化劑；合適的還原劑(硼氫化鈉)和堿性絡(luò)合劑(三乙胺)的料添加量對(duì)于電催化劑電化學(xué)活性面積(ECSA)及氧還原反應(yīng)(ORR)的有較為明顯的提升。

附圖說(shuō)明