[發(fā)明專利]催化劑載體、復(fù)合催化劑、其制備方法、燃料電池及其應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113363516A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵敏華;肖菲
• 申請（專利權(quán)）人: 香港科技大學(xué)
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M4/90;H01M4/88
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 高釗;王靜

1.一種催化劑載體，其特征在于包含摻雜選自元素周期表中第VA、VIA和VIIA族中的至少一種非金屬元素的介孔含碳基質(zhì)，并且還包含分散有至少一種過渡金屬單原子的活性位點(diǎn)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑載體，其特征在于所述非金屬元素選自N、S和P中的至少一者，并且/或者

所述過渡金屬選自Fe、Co和Mn中的至少一者。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑載體，其特征在于

所述催化劑載體的比表面積為1000-1500m²g^-1，并且/或者

所述催化劑載體的孔徑為2-50nm，優(yōu)選為4-7nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的催化劑載體，其特征在于相對于催化劑載體的總重量，所述過渡金屬單原子的含量為1-5重量％，優(yōu)選為2-3重量％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的催化劑載體，其特征在于相對于催化劑載體的總量，所述非金屬元素的摻雜比為5-8原子％，以及/或者所述過渡金屬的摻雜比為1-5原子％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的催化劑載體，其特征在于所述催化劑載體的粒度為50-100nm。

7.一種復(fù)合催化劑，其特征在于包含

權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的催化劑載體以及

負(fù)載在所述催化劑載體上的至少一種貴金屬顆粒。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合催化劑，其特征在于所述貴金屬選自Pt、Au、Ir和Ru中的至少一者。

9.根據(jù)權(quán)利要求7-8中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合催化劑，其特征在于相對于所述復(fù)合催化劑的總重量，所述貴金屬顆粒的負(fù)載量為40-50重量％，優(yōu)選為43-48重量％。

10.根據(jù)權(quán)利要求7-9中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合催化劑，其特征在所述貴金屬顆粒是通過甲酸還原法均勻地分散在所述催化劑載體上的，

優(yōu)選地，所述貴金屬顆粒的粒徑為2-30nm，優(yōu)選為2-4nm。

11.一種制備復(fù)合催化劑的方法，其特征在于包括下列步驟：

(1)提供權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的催化劑載體；以及

(2)將貴金屬以顆粒形式均勻負(fù)載在所述催化劑載體上。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制備復(fù)合催化劑的方法，其特征在于所述步驟(1)包括：

(i)采用含有金屬離子或者團(tuán)簇的金屬源和有機(jī)配體合成金屬-有機(jī)框架前驅(qū)體；

(ii)在含有惰性氣體和選自元素周期表中第VA、VIA和VIIA族中的至少一種非金屬元素的氣氛中將所述金屬-有機(jī)框架前驅(qū)體進(jìn)行燒結(jié)，由此得到所述催化劑載體。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制備復(fù)合催化劑的方法，其特征在于所述金屬源包含過渡金屬離子，優(yōu)選Fe、Zn、Cu或其組合，

任選地，所述有機(jī)配體選自2-甲基咪唑、咪唑、2-乙基咪唑和4-氮雜苯并咪唑中的至少一者。

14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制備復(fù)合催化劑的方法，其特征在于

所述步驟(ii)包括在氬氣環(huán)境下升至溫度為1000-1040℃，保持30-60分鐘；降至室溫后，在氬氣環(huán)境下升溫至900-950℃，轉(zhuǎn)換氨氣氣氛，保持10-15分鐘，之后換氬氣冷卻至室溫。

15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制備復(fù)合催化劑的方法，其特征在于所述貴金屬為Pt，并且所述步驟(2)包括通過甲酸還原法將Pt顆粒沉積在所述催化劑載體上。