[發明專利]一種表面富鉑的鉑鈷合金催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110955317.0
• 申請日: 2021-08-19
• 公開（公告）號: CN113629258B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 華秋茹;張義煌;張明;陳杰;李剛
• 申請（專利權）人: 無錫威孚高科技集團股份有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/92
• 代理公司: 無錫市興為專利代理事務所(特殊普通合伙) 32517
• 代理人: 屠志力

本發明屬于燃料電池催化劑技術領域，具體涉及一種表面富鉑的鉑鈷合金催化劑及其制備方法和應用。本發明表面富鉑的鉑鈷合金催化劑的制備包括以下步驟：將碳材料分散在水中，加入鈷原料液后剪切分散形成均勻懸浮液，除去漿液中的氧氣，調節溶液的pH值為8?13，再加入鉑原料液，超聲后形成特殊碳漿；將得到的碳漿壓濾洗滌，并干燥得到固體粉末，將干燥后的粉末經焙燒得到固體粉末；最后進行表面富鉑化處理：向得到的固體粉末中加入處理液，經攪拌、超聲處理后洗滌至濾液的pH值為2?7，干燥后得到鉑鈷合金催化劑。本發明制備得到的表面富鉑的鉑鈷合金催化劑因為表面進行了富鉑化處理，催化劑氧還原性能優異，應用在燃料電池上性能提升顯著。

技術領域

本發明屬于燃料電池催化劑技術領域，具體涉及一種表面富鉑的鉑鈷合金催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，在經濟發展的同時，對環境保護的要求日益提高。對我們能源領域的科技工作者而言，應致力于在充分利用能源的過程中盡量減少對環境的污染，因而燃料電池是非常好的方向。燃料電池可以直接將化學能轉換為電能，尤其是質子交換膜燃料電池，反應產物是水對環境沒有任何污染。燃料電池的“最核心”材料是催化劑，催化劑的性能直接影響燃料電池的性能。

在燃料電池催化劑中，鉑合金催化劑、特殊形貌催化劑是目前研究的熱點，特殊形貌催化劑由于制備難度較大、規模生產形貌控制困難，因此鉑合金催化劑更適合規模生產。在合金催化劑中，鉑鈷合金催化劑表現出出色的氧還原性能，應用在燃料電池上的功率密度也高于普通催化劑。在目前的制備方法報道中，多數方法制備過程使用的原料復雜，步驟多，不易規模放大生產。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供了一種表面富鉑的鉑鈷合金催化劑及其制備方法和應用。本發明制備得到的表面富鉑的鉑鈷合金催化劑因為表面進行了富鉑化處理，催化劑氧還原性能優異，應用在燃料電池上性能提升顯著。

第一方面，本發明實施例提供了一種表面富鉑的鉑鈷合金催化劑的制備方法，包括以下步驟：

（1）特殊碳漿制備：將碳材料分散在其質量0.1-100倍的水中，加入鈷原料液后剪切分散5-480min形成均勻懸浮液；通入惰性氣體除去漿液中的氧氣，加入添加劑調節溶液的pH值為8-13，再加入鉑原料液，超聲5-720min后，20-90℃下攪拌0.5-120 h，形成特殊碳漿；

（2）合金化過程：將步驟（1）中得到的碳漿壓濾洗滌，20-85℃下干燥0.5-24 h得到固體粉末，將干燥后的粉末在保護氣氛中于150-350℃下焙燒10-240min后，再在400-900℃焙燒0.5-24 h得到固體粉末；

（3）表面富鉑化處理：向步驟（2）得到的固體粉末中加入0.1-80 L濃度為0.01-10mol/L的處理液，在0-80℃下攪拌處理0.5-120 h，之后超聲處理0.1-48 h，洗滌至濾液的pH值為2-7，在20-85℃干燥后得到鉑鈷合金催化劑。

進一步地，步驟（1）中所述碳材料是部分石墨化碳黑、XC-72R炭黑、科琴黑、乙炔黑或碳納米管中的一種或幾種，所述碳材料的氮氣吸附比表面積為60-1200 m²/g，碳材料的微觀尺寸為5-90nm。

進一步地，所述鈷原料液是硝酸鈷、醋酸鈷、氯化鈷或硫酸鈷的溶液，其中鈷元素的濃度為0.01-300 g/L。

進一步地，所述添加劑為堿性物質和還原性物質的混合物，所述堿性物質為氫氧化鈉、氨水或碳酸鈉中的一種或幾種，所述還原性物質為甲酸鈉、乙醇、乙二醇、抗壞血酸、草酸、亞硫酸鈉中的一種或幾種。

進一步地，所述鉑原料液是包含二亞硝基二氨鉑、二氯化鉑、四氯化鉑、氯鉑酸、氯鉑酸鉀在內的含鉑化合物的乙二醇溶液或水溶液，濃度為5-800g/L。

進一步地，步驟（1）中所述惰性氣體是氮氣和/或氬氣；