[發明專利]催化劑及其制備方法和膜電極以及直接液體燃料電池

在審

• 申請號: 202011098596.5
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN114430048A
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 田豪;王昊;張濤;童鳳丫;繆長喜
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M8/1004;H01M8/1009;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 杜云英;劉亭亭

1.一種催化劑，其特征在于，該催化劑包括碳基載體和負載于所述碳基載體上的金屬納米粒子，其中，所述金屬納米粒子以貴金屬和賤金屬所形成的金屬間化合物的形式存在，且以該催化劑的總質量為基準，所述金屬納米粒子的含量為10-50wt％，所述碳基載體的含量為50-90wt％。

2.根據權利要求1所述的催化劑，其中，以該催化劑的總質量為基準，所述金屬納米粒子的含量為20-50wt％，優選為20-40wt％，所述碳基載體的含量為50-80wt％，優選為60-80wt％；

優選地，所述金屬納米粒子的尺寸為2-10nm，優選為3-5nm；

優選地，所述催化劑的X射線衍射曲線中貴金屬的衍射峰均向高角度方向偏移，且不具有賤金屬對應的衍射峰，優選貴金屬的衍射峰向高角度方向偏移0.3-5度，進一步優選向高角度方向偏移0.5-3度。

3.根據權利要求1或2所述的催化劑，其中，所述貴金屬為Pt和/或Pd，所述賤金屬為第四周期的過渡金屬元素、W和Mo中的至少一種；

優選地，所述賤金屬為Cu、W、Mo、Zn、Fe、Co、Ni和Mn中的至少一種；

進一步優選地，所述貴金屬為Pt，所述賤金屬為Zn、Fe或Co；

更進一步優選地，所述金屬納米粒子中貴金屬與賤金屬的原子比為0.5-5：1，優選為1-3：1。

4.根據權利要求1-3中任意一項所述的催化劑，其中，所述碳基載體為炭黑、碳納米管、石墨烯、二維碳片和氧化石墨烯中的至少一種和/或含氮聚合物修飾的炭黑、碳納米管、石墨烯、二維碳片和氧化石墨烯中的至少一種；

優選地，所述含氮聚合物由吡咯、吡咯衍生物、兒茶酚胺和芳香胺中的至少一種聚合得到；

優選地，所述碳基材料的尺寸為50nm-50μm，比表面積為50-1000m²/g。

5.一種催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將碳基載體分散于含有無機酸的有機溶劑中進行預處理，得含有預處理載體的分散液；

(2)將上述含有預處理載體的分散液與貴金屬前驅物和賤金屬前驅物混合，使貴金屬前驅物和賤金屬前驅物負載在預處理載體上，再經分離、干燥得到電催化劑前驅體；

(3)將電催化劑前驅體在惰性氣氛中焙燒。

6.根據權利要求5所述的制備方法，其中，所述無機酸為無機強酸，優選為鹽酸和/或氫溴酸中的至少一種，進一步優選為鹽酸；

和/或，所述有機溶劑為含有1-4個碳原子的醇和四氫呋喃中的至少一種，優選為甲醇、乙醇和四氫呋喃中的至少一種；

進一步優選地，有機溶劑中無機酸的濃度為0.1-5mol L^-1。

7.根據權利要求5或6所述的制備方法，其中，步驟(2)中所述貴金屬前驅物和/或所述賤金屬前驅物以各自前驅體溶液的形式加入所述含有預處理載體的分散液中；

優選地，步驟(2)混合所得的混合體系中有機溶劑的體積含量為70-90％；

和/或，步驟(3)中的焙燒條件包括：焙燒溫度800-1000℃，焙燒時間1-4h；優選地，惰性氣氛為氮氣和/或氬氣；

優選地，步驟(1)中預處理的條件包括：溫度為25-40℃；和/或，時間為60-240min。

8.根據權利要求5-7中任意一項所述的制備方法，其中，所述碳基載體、貴金屬前驅物和賤金屬前驅物的用量使得以該催化劑的總質量為基準，所述金屬納米粒子的含量為20-50wt％，碳基載體的含量為50-80wt％；

優選地，貴金屬前驅物和賤金屬前驅物的摩爾比為0.3-5：1；

再進一步優選地，步驟(2)的混合體系中貴金屬前驅物的濃度為8-24mmol/L。