[發(fā)明專利]鉑基催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110704044.2
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN115528261A
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設計）人: 張濤;童鳳丫;田豪;宋磊;繆長喜
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權代理有限公司 11283
• 代理人: 鄒飛艷;劉依云

本發(fā)明提供一種鉑基催化劑及其制備方法和應用，該催化劑含有導電性載體和負載在所述導電性載體上的具有多層結構的金屬活性組分層，其中，所述金屬活性組分層至少包括兩層，該兩層各自包括鉑和過渡金屬，且該兩層的外層的過渡金屬的電負性比內層的過渡金屬的電負性大。本發(fā)明的催化劑具有高燃料電池陰極反應催化活性和穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明涉及一種鉑基催化劑，以及一種鉑基催化劑的制備方法和由該方法得到的鉑基催化劑及其在燃料電池系統(tǒng)中的應用。

背景技術

鉑催化劑是化學、石油和化工反應過程中常用的一類催化劑，主要用于氨氧化、烴類重整、氧化加氫和一氧化碳、氮氧化物脫除等過程。具有催化活性高、用量少、選擇性強、可回收、易于再生等優(yōu)點。特別是碳載體負載的鉑基納米催化劑是目前性能最好的質子交換膜燃料電池電極反應催化劑，但由于鉑的地質儲量有限，成本較高，成為制約燃料電池商業(yè)化發(fā)展的主要原因之一。

通過鉑與過渡金屬形成合金，不僅可以顯著降低催化劑中鉑的用量，還能夠改變鉑催化劑的表面電子態(tài)，調控反應物種分子和活性中間體在表面的吸附能力，獲得更好的電催化性能和抗毒化能力。

由于鉑鹽與過渡金屬鹽，特別是非貴金屬鹽的還原電勢相差較大，通常在反應中需要額外加入適當?shù)倪€原劑和配位試劑降低鉑的還原速率。例如豐田自動車株式會社的CN101926034A中報道了芯-核結構的鉑合金催化劑，使用1,2-十六烷二醇作為還原劑，油酸和油胺作為配位試劑；中國科學院上海高等研究院的CN105854897A中報道了高載量的鉑鎳有序金屬間化合物，使用谷氨酸鈉作為還原劑，二水合檸檬酸鈉作為配位試劑；中國科學院大連化學物理研究所的CN109921046A中報道了不同結構形貌的Pt-M合金催化劑，使用六羰基鎢作為還原劑，油胺以及十六烷基三甲基溴化銨或雙十烷基二甲基溴化銨作為配位試劑。在反應中另添加還原劑和表面活性劑會增加額外的成本，不利于燃料電池電堆的成本控制，同時加入的表面活性劑與催化劑表面存在很強的相互作用，形成了限制反應物擴散到催化劑表面的物理屏障，顯著影響催化劑的反應性能(Chem.Mater.2014,26,72-83)，在合成結束后需要額外的步驟將殘留的還原劑和表面活性劑除去。因此，發(fā)展無表面活性劑的鉑基合金催化劑合成極具應用前景。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有抗CO毒化的鉑基催化劑的制備方法和應用。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供一種鉑基催化劑，該催化劑含有導電性載體和負載在所述導電性載體上的具有多層結構的金屬活性組分層，其中，所述金屬活性組分層至少包括兩層，該兩層各自包括鉑和過渡金屬，且該兩層的外層的過渡金屬的電負性比內層的過渡金屬的電負性大。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提供一種鉑基合金催化劑的制備方法，該方法包括：

(1)將鉑的前驅體、內層過渡金屬前驅體、導電性載體、小分子配位試劑和多元醇混合加熱進行第一接觸得到分散液；

(2)將外層過渡金屬前驅體與步驟(1)所得分散液混合加熱進行第二接觸。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明提供本發(fā)明所述的方法制備得到的鉑基催化劑。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，本發(fā)明提供本發(fā)明所述的催化劑在燃料電池系統(tǒng)中的應用。

本發(fā)明前述催化劑組成的催化劑具有高燃料電池陰極反應催化活性和穩(wěn)定性。

本發(fā)明催化劑的制備方法，能夠得到單分散性好，組成均一的鉑基催化劑。同時，本發(fā)明催化劑制備方法簡單，對環(huán)境影響小，適合大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明催化劑的制備方法無須使用含氮表面活性劑，具有成本低、易于后處理的優(yōu)勢。

附圖說明

附圖提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構成對本發(fā)明的限制。