[發明專利]一種催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202110190748.2
• 申請日: 2021-02-19
• 公開（公告）號: CN112993271B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 黃玉平;范書瓊;周有明;王秀;米詩陽;周佳;張曉華;吳丹;朱威
• 申請（專利權）人: 江蘇擎動新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/92
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 周宇

本申請提供一種催化劑及其制備方法，屬于燃料電池催化劑制備技術領域。該催化劑的制備方法，包括如下步驟：對覆蓋有有機聚合物層的催化劑前體進行高溫熱處理，使有機聚合物裂解炭化形成炭化層；其中，催化劑前體包括載體以及負載在載體上的納米金屬顆粒。將表面形成有炭化層的催化劑前體置于氧化性酸溶液中進行酸處理，以去除炭化層。此催化劑的活性更高，使用壽命更長。

技術領域

本申請涉及燃料電池催化劑制備技術領域，具體而言，涉及一種催化劑及其制備方法。

背景技術

氫能作為一種二次能源，具有來源廣泛、質量能量密度高、對環境友好等優點，被認為是理想的新型能源。而氫燃料電池可以利用氫氣將化學能直接轉化為電能，具有功率密度高、啟動快速等特點，應用于汽車、固定式電站、便攜式電源等領域具有十分突出的優勢。

目前燃料電池膜電極中陰極催化劑以鉑碳催化劑為主。其中鉑碳催化劑多以液相法、微波法等濕法制得。

發明內容

發明人研究發現，一般的鉑碳催化劑，在目前已經公布的專利和文獻報道中，公開號：CN111092235A采用微波法制備的催化劑初始性能較好，但是在進行催化劑老化性能測試的時候，催化劑在長期使用過程中容易出現電化學性能下降的問題。

本申請的目的在于提供一種催化劑及其制備方法，可以緩解上述問題，提升催化劑的使用壽命。

第一方面，本申請提供一種催化劑的制備方法，包括如下步驟：對覆蓋有有機聚合物層的催化劑前體進行高溫熱處理，使有機聚合物裂解炭化形成炭化層；其中，催化劑前體包括載體以及負載在載體上的納米金屬顆粒。將表面形成有炭化層的催化劑前體置于氧化性酸溶液中進行酸處理，以去除炭化層。

對覆蓋有有機聚合物層的催化劑前體進行熱處理，一方面，可以提高載體上的納米金屬顆粒的結晶度，從而提高納米金屬顆粒的活性，催化效果更好。另一方面，可以使有機聚合物裂解，形成炭化層。在裂解形成炭化層，并通過氧化性酸溶液去除炭化層(在氧化性酸溶液中去除炭化層，氧化性酸溶液的氧化性較為合理，在去除炭化層的同時，能夠在一定程度上避免催化劑前體中的載體被酸溶液腐蝕)的過程中，可以增加金屬納米顆粒間的空間位阻，抑制了催化劑在應用的過程中，金屬納米顆粒的聚集，可以提升催化劑的使用壽命。

在一種可能的實施方式中，高溫熱處理是在溫度為400-800℃的絕氧條件下處理0.5-3h。可選地，在溫度為400-650℃的條件下處理1-3h。

在一種可能的實施方式中，絕氧條件為還原氣氛或惰性氣氛；可選地，還原氣氛為氫氬混合氣氛或氫氮混合氣氛，氫氣與氮氣或氬氣的體積比為1:100-1:4，混合氣體的通入速率為2000-15000sccm。

在一種可能的實施方式中，高溫熱處理在固定床反應器中進行，固定床反應器的材質是石英玻璃材質，固定床反應器的固定床管徑為30-50mm?？梢允褂霉潭ù卜磻鬟M行大規模生產。

在一種可能的實施方式中，納米金屬顆粒與載體的質量比為2:8-7:3；可選地，納米金屬顆粒為鉑納米顆粒；載體為實心碳載體或孔徑大于2nm的多孔碳載體。

載體為實心碳載體或孔徑大于2nm的多孔碳載體，可以在一定程度上避免高溫裂解形成的炭化層堵塞碳載體的孔道，以便后續進行炭化層的去除。

在一種可能的實施方式中，覆蓋有聚合物層的催化劑前體的制備方法，包括：將催化劑前體與聚合物單體溶液混合得到混合物，向混合物中加入引發劑，使聚合物單體發生聚合反應，取固體后干燥，得到覆蓋有有機聚合物層的催化劑前體。

通過聚合反應的同時，使有機聚合物層形成并覆蓋在催化劑前體上，可以使有機聚合物層的覆蓋更加均勻且二者的結合效果更好，以便提高后續制備的催化劑的使用壽命。