[發明專利]一種鉑鈷合金催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 202010628526.X
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111755707B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 張明;張義煌;華秋茹;包喆宇;劉倩;陳杰;李剛
• 申請（專利權）人: 無錫威孚高科技集團股份有限公司
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;B82Y40/00
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良

本發明屬于新能源材料與應用技術領域，具體涉及一種鉑鈷合金催化劑的制備方法。本發明鉑鈷合金催化劑的制備方法包括以下步驟：催化劑前驅體制備、前驅體高溫還原、催化劑高溫合金化、催化劑酸洗和催化劑水洗。本發明以純水為溶劑，安全、環保問題；前驅體高溫還原時，還原劑為鉑碳中的碳，不需要額外加入其它還原劑，避免了因使用硼氫化鈉或水合肼等易爆、含毒類試劑而產生的安全環保問題；凝膠作為鉑鈷合金前驅體制備鉑鈷合金氧還原催化劑，保證了鉑鈷的同步還原；不添加鈉鹽、氯離子，降低了產品后處理的難度；本發明用氨水調節體系pH值，后處理步驟簡單；在鉑碳催化劑中添加過渡金屬鈷，在提高催化劑性能的同時降低了催化劑鉑載量。

技術領域

本發明屬于新能源材料與應用技術領域，特別涉及到一種鉑鈷合金催化劑的制備方法。

背景技術

催化劑是質子交換膜燃料電池的核心組成之一，催化劑的性能與電池性能密切相關。現有的氧還原催化劑主要是鉑基催化劑和非鉑基催化劑。現階段非鉑基催化劑還不能滿足商業化需求。而鉑基催化劑是目前公認的最好的氧還原催化劑，但是由于鉑資源稀缺還無法大規模商業化應用鉑基催化劑。于是乎現階段鉑基催化劑的研發多集中在提高鉑利用率、降低鉑載量等方向發展。因此鉑合金催化劑應運而生。

然而現有的鉑合金催化劑的制備工藝中大多以乙二醇為溶劑，以硼氫化鈉、水合肼等作為還原劑，這些試劑均對人、動植物和環境存在一定的安全隱患。另外，在傳統的工藝中會引入鈉鹽、氯離子等對鉑基催化劑性能存在負面影響的雜質離子，這些均不利于燃料電池催化劑的發展。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供了一種高活性、高穩定性、鉑載量較低、成本低廉、工藝環保的氧還原鉑鈷合金催化劑的制備方法，該方法制備的催化劑在酸性介質中具有很高的氧還原電催化活性，其性能優于商用Pt/C催化劑，制備的鉑鈷合金催化劑還可用于其他用途。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：一種鉑鈷合金催化劑的制備方法，包括以下步驟：

（1）催化劑前驅體制備：

a.將鈷鹽水溶液和螯合劑溶液按照一定比例混合，攪拌后形成均一、穩定的溶膠；

b.向上述溶膠體系中加入一定量的鉑碳，攪拌、超聲分散后用氨水調節體系pH值至8-12；

c.用金屬浴加熱，加熱溫度控制在50-150℃，蒸掉大部分溶劑，形成黑色凝膠；

（2）前驅體高溫還原：

在氮氣氛圍中高溫還原上述黑色凝膠，還原溫度為300-700℃，還原時間為1-2h；

（3）催化劑高溫合金化：

還原結束后，保持氮氣氛圍不變，對還原產物進行高溫煅燒，使鉑、鈷形成合金，合金化溫度為400-800℃，合金化時間為1-2h；

（4）催化劑酸洗：

溫度降至室溫后立即酸洗合金化產物；

（5）催化劑水洗：

采用超純水洗滌酸洗后的合金化產物，水洗后的合金化產物在50-90℃的烘箱中干燥，即得到鉑鈷合金催化劑。

所述催化劑前驅體制備時采用的溶劑為水，所述鈷鹽與螯合劑的摩爾比為1-1.5。

所述鈷鹽是醋酸鈷或硝酸鈷，所述螯合劑為檸檬酸。

所述催化劑前驅體制備時鈷鹽和鉑碳中鉑和鈷的原子比為3-5，其中鈷必須過量。

所述催化劑酸洗時采用稀硫酸，所述硫酸濃度為0.1-1mol/L。

所述前驅體高溫還原和所述催化劑高溫合金化的時間總和為1-3h。