[發明專利]一種碳負載PtNiY催化劑材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011570573.X
• 申請日: 2020-12-26
• 公開（公告）號: CN112968186B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 彭洪亮;高偉;馬姣君;劉思焱;楊會田;蘇蔚;黃鵬儒;徐芬;孫立賢
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 何世磊

本發明屬于電池催化劑技術領域，涉及到碳負載PtNiY催化劑材料的制備方法。本發明通過以乙酰丙酮鉑、乙酰丙酮鎳和乙酰丙酮釔水合物分散在N,N?二甲基甲酰胺中，水熱反應生成鉑鎳釔三元金屬，再負載在碳黑上得到碳負載鉑鎳釔催化劑，該催化劑具有高的催化性能和良好的循環穩定性，且制備方法條件溫和，工藝易控制。

技術領域

本發明屬于電池催化劑領域，具體涉及碳負載PtNiY催化劑材料的制備方法。

背景技術

能源作為人類社會經濟快速發展的基本驅動力，在人們的生活和工作中扮演著重要的角色。眾所周知，地球上化石燃料儲量非常有限并日益枯竭，難以滿足人類社會長期發展的需求。而質子交換膜燃料電池(PEMFC)技術作為一種極具發展前景和可持續性清潔能源技術，在過去幾十年里在技術成熟度和商業化方面取得了長足的進步，但是其真正應用還需要對高效、廉價和穩定的催化劑材料進一步探索和優化。

傳統的商業Pt/C催化劑經過多年的優化和發展，其性能基本已經達到了最優，但滿足實際的需要仍有較大的差距，非鉑催化劑雖然在堿性條件下表現出較高的ORR性能，但是在酸性條件下與Pt/C催化劑在起始電位和半波電位還存在相當大的差距；Wu等人《Shapeand Composition-Comtrolled Platinum Alloy Nanocrtstals Using Carbon Monoxideas Reducing Agent.Nano Lett.2011》等人通過在液體中使用以CO氣體還原劑的方法，可以制備形貌可控的立方和八面體PtNi材料，其立方和八面體PtNi材料比活性分別為0.85和1.26 mAcm_pt^-2，該技術方案存在一個顯著的問題，CO是有毒氣體，不適合商業中大規模制備，對人體存在危險性；Gao等人《Pt-based trimetallic nanocrystals with highproportions of M (M＝Fe,Ni)metals for catalyzing oxygen reductionreaction.International Journal of Hydrogen Energy.2020》通過在熱退火675℃條件下，制備出PtNiFe三元貴金屬催化劑，質量活性達到了0.73Amg_pt^-1，這一技術方案為由于各元素表面能的不同，表面低的鉑原子在退火過程中有從亞表面到表面分離的傾向，這樣的優勢是使內部鉑原子暴露出來，提高了Pt的利用率，但是該技術方案存在半波電位與商業40％Pt/C幾乎相同，并未有明顯的提升。

發明內容

技術問題：在電池催化劑技術領域，迄今為止還未獲得同時兼具有制備條件溫和、無危險還原劑、ORR性能優異、耐久性良好的催化劑。

技術問題解決方案：為了獲得同時兼具有制備條件溫和、無危險還原劑、ORR性能優異、耐久性良好的催化劑，本發明提供一種碳負載PtNiY催化劑材料及其制備方法。本發明采用的技術方案為：以水熱法制備鉑鎳釔三元金屬，再負載在碳黑上，得到碳負載鉑鎳釔催化劑，具體制備方法包括以下步驟：

步驟1)將乙酰丙酮鉑、乙酰丙酮鎳以及乙酰丙酮釔水合物分散在N,N-二甲基甲酰胺中，攪拌分散后進行水熱反應得到混合溶液；

步驟2)將混合溶液降至室溫，放入碳黑，攪拌均勻離心的粉末顆粒；

步驟3)將粉末顆粒進行真空干燥，得到碳負載PtNiY催化劑。

為了解決上述技術問題，所述技術方案優先地，步驟1中，所述乙酰丙酮鉑、乙酰丙酮鎳以及乙酰丙酮釔水合物的物質的量之比為3:1:1。

為了解決上述技術問題，所述技術方案優先地，步驟1中水熱溫度為140-170℃，時間為10-16h。更優先地，水熱溫度為160℃，時間為12h。

為了解決上述技術問題，步驟2中碳黑為商用Vulcan XC-72R。