[發明專利]一種貴金屬負載型電催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110286559.5
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113097508A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 賈茵;趙維;李世寧;柴茂榮
• 申請（專利權）人: 國家電投集團氫能科技發展有限公司
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/92;H01M4/88
• 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: 杜德海

本發明公開了一種貴金屬負載型電催化劑的制備方法，其包括如下步驟：a：將載體和金屬前驅體混合，研磨處理，得到前驅物，其中，所述載體選自炭黑、活性炭、石墨炭、碳納米管、碳納米纖維、石墨烯中的至少一種，所述金屬前驅體包括鉑鹽、釕鹽、銥鹽或金鹽中的至少一種；b：將所述步驟a得到的前驅物進行燒結處理，得到電催化劑。本發明的制備方法還可以包括步驟c，將所述步驟b得到的催化劑進行脫合金化處理。本發明制得的電催化劑的金屬構成可以是單原子、團簇或顆粒，組分為單一組分或合金，制備方法簡易、高效、普適、經濟，并且可以批量化放大，該類型催化劑可應用于電催化領域，特別是在酸性或堿性電解質中的氧還原反應。

技術領域

本發明屬于電化學催化領域，具體涉及一種貴金屬負載型電催化劑，特別的還涉及該貴金屬負載型電催化劑的制備方法，進一步地，還涉及該貴金屬負載型電催化劑的應用。

背景技術

我國氫燃料電池技術整體上取得了長足的發展，但在催化劑研究方面，國內尚處于起步階段。催化劑是燃料電池內部關鍵材料之一。目前催化劑的批量生產技術尚不成熟，這嚴重制約了我國氫燃料電池產業的自主可控發展。可以看到，在高活性、高穩定性催化劑、低鉑電極等方面的技術水平多停留在實驗室和樣品階段，雖然已經達到甚至超過了國外的商業化產品，但還沒有形成大批量生產技術。因此優化Pt基催化劑制備方法，特別是研制低成本、開發相應的Pt基催化劑批量化制備工藝將是PEMFC關鍵材料——催化劑的研究方向。

負載型催化劑的制備方法有液相還原法、氣相還原法、膠體法、微乳液法等，但都存在著放大效應、制備過程繁瑣和污染嚴重等問題，且制備量級大都停留在實驗室的毫克-克級尺度，難以實現工業化制備和批量生產。如何突破合成難題，實現催化劑批量、宏量制備，促使負載型合金催化劑真正從實驗室走向工業化，是目前研究中的重大挑戰。

發明內容

本發明是基于發明人對以下事實和問題的發現和認識做出的：

浸漬還原法是最常用的較為簡便的一種制備負載型催化劑的方法，包括兩部分：首先將活性中心的前驅體在溶液體系中與高比表面積的載體材料均勻混合分散，然后加入液相還原劑，如乙二醇，硼氫化鈉等，或者氣相的還原劑，如氫氣等，在適當的溫度下對前驅體進行還原，使之成為微小的粒子負載于載體表面。通過選擇不同還原性的還原劑，能夠實現單一金屬的還原或多種金屬的共同還原而形成合金結構。在使用這種方法的制備過程中，前驅體的種類，還原反應的溫度，載體材料的表面性質及還原劑的加入方式等多種因素都會對產物的形貌及結構產生較大的影響，因此，浸漬還原法的可控性較差。同時該方法對載體的種類要求較高，而且通常需要較高的反應溫度、以及較復雜后續處理方式，不利于規模化生產。

膠體法是目前研究較多的一種方法，它包括三個步驟，首先是制備金屬前驅體的膠體，然后將膠體負載于載體的表面，最后再通過化學還原劑將前驅體膠體還原為金屬納米粒子。這種方法可以較好的控制產物的粒徑，但由于制備過程復雜，反應步驟較多，過程難以控制，對催化劑的規?；苽渚哂休^大的挑戰。而且前期膠體的形成需要添加穩定劑，對后期催化性能產生一定程度的影響。

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明第一個方面的實施例提出一種貴金屬負載型電催化劑的制備方法，該制備方法簡易、高效、普適、經濟，并且可以批量化放大，制得的負載型催化劑可應用于電催化領域，特別是在酸性或堿性電解質中的氧還原反應。

根據本發明第一個方面實施例的貴金屬負載型電催化劑的制備方法，其包括如下步驟：

a：將載體和金屬前驅體混合，研磨處理，得到前驅物，其中，所述載體選自炭黑、活性炭、石墨炭、碳納米管、碳納米纖維、石墨烯中的至少一種，所述金屬前驅體包括鉑鹽、釕鹽、銥鹽或金鹽中的至少一種；

b：將所述步驟a得到的前驅物進行燒結處理，得到催化劑。