[發明專利]質子交換膜燃料電池催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 202110832415.5
• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113555572A
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 鄭育英;袁澤宇;黨岱;張智杰;方巖雄;劉全兵
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M4/88;H01M8/10
• 代理公司: 廣州廣典知識產權代理事務所(普通合伙) 44365
• 代理人: 顧書玲;曾銀鳳

本發明涉及一種質子交換膜燃料電池催化劑及其制備方法。該催化劑包括載體和活性成分；所述載體包括蒲公英狀氮化鈦，所述活性成分包括鉑或鉑合金；所述蒲公英狀氮化鈦的制備包括：蒲公英狀二氧化鈦與氨氣發生氮化反應，制備得到所述蒲公英狀氮化鈦。本發明的質子交換膜燃料電池催化劑具有優異的催化性能和穩定性能。

技術領域

本發明涉及燃料電池催化劑技術領域，特別是涉及質子交換膜燃料電池催化劑及其制備方法。

背景技術

低溫聚合物電解質膜燃料電池(PEMFC)由于其較高的能量轉化率和高性能，可被用作直接提供能源并且無污染的一種能量轉換方式，被視為未來的能源的終極解決方案。然而，陰極緩慢的氧還原反應(ORR)動力學以及大量的稀缺性貴金屬鉑的使用，嚴重的阻礙了PEMFC的發展和生產。因此，開發廉價，高活性，易獲得，高穩定性的ORR催化劑的設計和制造顯得尤為重要。由于碳材料具有較高的導電性和易獲得等特點，目前大多數鉑基催化劑的載體都是以碳材料居多。令人遺憾的是，碳載體在酸性條件和氧化條件下，顯示出了較差的耐腐蝕性，這種性質導致了此類催化劑的不穩定性和降解等劣勢。因此，開發碳基載體的替代品就顯得尤為重要。

發明內容

基于此，本發明的目的是提供一種質子交換膜燃料電池催化劑，其具有優異的催化性能和穩定性能。

具體技術方案如下：

一種催化劑，包括載體和活性成分；所述載體包括蒲公英狀氮化鈦，所述活性成分包括鉑或鉑合金；

所述蒲公英狀氮化鈦的制備包括：蒲公英狀二氧化鈦與氨氣發生氮化反應，制備得到所述蒲公英狀氮化鈦。

在其中一些實施例中，所述氮化反應包括：氨氣氛圍下，蒲公英狀二氧化鈦于780℃～1000℃反應2小時～4小時。

在其中一些實施例中，所述氮化反應包括：氨氣氛圍下，蒲公英狀二氧化鈦于850℃～950℃反應2.5小時～3.5小時。

在其中一些實施例中，所述蒲公英狀二氧化鈦的制備包括以下步驟：

四氯化鈦水溶液作為溶液A；

甲苯和鈦酸四丁酯混合后作為溶液B；

冰浴條件下，將所述溶液A加入到所述溶液B中，混合，于120℃～170℃反應15小時～25小時，純化。

在其中一些實施例中，所述溶液A中四氯化鈦的濃度為40wt％～60wt％。

在其中一些實施例中，所述溶液A和溶液B的體積比為4：(20～50)，進一步為4:(30～40)。

在其中一些實施例中，所述甲苯和鈦酸四丁酯的體積比為(20～40):4。

在其中一些實施例中，所述混合包括：持續攪拌0.3～1.5小時。

在其中一些實施例中，所述活性成分采用脈沖電沉積的方式沉積在所述載體的表面。

在其中一些實施例中，所述脈沖電沉積的電流為-1mA ～-3mA，斷開時間為0.05s～0.5s，連接時間為0.005s～0.05s。

在其中一些實施例中，所述活性成分采用脈沖電沉積的方式沉積在所述載體的表面包括以下步驟：

將所述蒲公英狀氮化鈦分散于Nafion醇溶液中，再將所得漿液置于玻碳電極表面，得到帶有載體的玻碳電極；將所述帶有載體的玻碳電極置于HClO₄溶液中脈沖掃描，再置于沉積液中，沉積鉑；

所述沉積液包括以下組分：氯鉑酸、水、聚乙烯吡咯烷酮、硫酸鈉和硫酸。

本發明的另一目的是提供一種質子交換膜燃料電池，包括上述的催化劑。