[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

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110234515.8
• 申請(qǐng)日: 2021-03-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113363516A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵敏華;肖菲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 香港科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/92
• 分類號(hào): H01M4/92;H01M4/90;H01M4/88
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 高釗;王靜

本發(fā)明提供了一種催化劑載體、復(fù)合催化劑、制備復(fù)合催化劑的方法及其應(yīng)用。該催化劑載體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(guò)渡金屬單原子的活性位點(diǎn)。本發(fā)明的催化劑載體中過(guò)渡金屬以單原子活性位點(diǎn)均勻分散在載體中，從而提高了活性位點(diǎn)的利用率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型催化劑載體、復(fù)合催化劑、其制備方法、燃料電池及其應(yīng)用，更具體涉及一種Fe-N-C催化劑載體、包含活性載體和貴金屬(例如鉑顆粒)顆粒的具有氧氣還原催化活性的復(fù)合催化劑、其制備方法以及其在燃料電池中的應(yīng)用，特別涉及一種由比表面積大，石墨化程度高和孔結(jié)構(gòu)合理的Fe-N-C作為載體負(fù)載細(xì)小鉑顆粒(例如，2-30nm，優(yōu)選為2-4nm的鉑顆粒)的復(fù)合催化劑、其制備方法以及其在燃料電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

燃料電池催化劑通常包括炭載體和貴金屬基顆粒(尤其是鉑顆粒)。傳統(tǒng)的炭載體主要分為無(wú)孔和多孔碳。其中Vulcan碳、乙炔黑和高石墨化碳為無(wú)孔碳，而科琴黑和氧化乙炔黑通常作為多孔碳。然而，這些碳載體在作為催化劑載體時(shí)通常容易發(fā)生被離聚物毒化、氧化物或反應(yīng)物質(zhì)(如氧)等物質(zhì)的傳輸阻力大等問(wèn)題

已有針對(duì)改善炭載體性能的嘗試。在美國(guó)專利No.No.6,117,581^[1]中，Shelef報(bào)道一種由含有連續(xù)豐富導(dǎo)體通道的沸石載體負(fù)載的貴金屬催化劑。美國(guó)專利No.7,432,221^[2]中，Kim等調(diào)控載體中孔徑為范圍內(nèi)從而減少燃料電池中一氧化態(tài)的毒化作用。在美國(guó)專利No.8,133,637^[3]中，Sun等報(bào)道了一種比表面積高，石墨化程度高的納米炭環(huán)。在美國(guó)專利No.8,278,011^[4]中，Zhu等引入了包含碳顆粒和碳納米線的復(fù)合的炭載體。在專利申請(qǐng)No.2013/148558^[5]中，等報(bào)道了高比表面積的硼摻雜金剛石載體從而提高催化劑的抗氧化能力。

然而，這些方法需要繁瑣的準(zhǔn)備且炭載體仍然無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)高比面積、高石墨化程度、具備合適的介孔結(jié)構(gòu)且提高催化劑的整體氧還原活性。

因此，目前仍然需要一種包含活性位點(diǎn)同時(shí)有利于顆粒均勻分散的催化劑載體以用于制備載體與金屬催化劑協(xié)同作用的復(fù)合催化劑。

專利文獻(xiàn)：

[1]Shelef,Mordecai.Fuel cell electrode comprising conductive zeolitesupport material.U.S.Patent No.6,117,581.12 Sep.2000.

[2]Kim,Chang-Soo,et al.Electrocatalyst for fuel cells using supportbody resistant to carbon monoxide poisoning.U.S.Patent No.7,432,221.7Oct.2008.

[3]Sun,Gongquan,et al.Fuel cells and fuel cell catalystsincorporating a nanoring support.U.S.Patent No.8,133,637.13 Mar.2012.

[4]Zhu,Yimin,et al.Nanostructured catalyst supports.U.S.PatentNo.8,278,011.2 Oct.2012.

[5]Minhua Shao,et al.Boron-doped diamond coated carbon catalystsupport.U.S.Patent Application No.2013/148,558.

發(fā)明內(nèi)容