[發明專利]一種Mn-PtM/C型鉑基氧還原催化劑及其制備方法與用途

有效

• 申請號: 202210299859.1
• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN114400338B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 胡超權;高麗;許雪冰
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90;H01M4/92;H01M12/06;B82Y30/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 劉二艷

本發明提供了一種Mn?PtM/C型鉑基氧還原催化劑及其制備方法與用途，所述制備方法選用比表面積較大的導電碳載體作為載體，基于多元醇還原法并以錳做助劑，將鉑納米顆?；蜚K合金納米顆粒負載在碳載體上，一鍋制備得到Mn?PtM/C型鉑基氧還原催化劑，制備步驟簡單，操作方便，產出率達90%；制得的Mn?PtM/C型鉑基氧還原催化劑，以Mn為助劑，Mn并未與Pt形成合金，不僅Pt含量較少，成本較低，而且助劑錳的加入對于鉑或鉑合金的還原起關鍵作用，還可以通過Mn加入量來調節活性組分鉑納米顆粒或鉑合金納米顆粒的分散性與粒徑，使得所述鉑基氧還原催化劑的氧還原性能提高，應用于電池領域能提供較大的功率密度。

技術領域

本發明涉及電化學技術領域，具體涉及燃料電池、金屬空氣電池領域，尤其涉及一種Mn-PtM/C型鉑基氧還原催化劑及其制備方法與用途。

背景技術

金屬空氣電池（MAB）是一類特殊的燃料電池，是以電極電位較負的金屬如鎂、鋁、鋅、汞、鐵等作負極，以空氣中的氧或純氧作正極的活性物質。金屬空氣電池電解質溶液一般采用堿性電解質水溶液，如果采用電極電位更負的鋰、鈉、鈣等作負極，因為它們可以和水反應，所以只能采用非水的有機電解質如耐酚固體電解質或無機電解質如LiBF₄鹽溶液等。金屬空氣電池是新一代綠色二次電池的代表之一，具有成本低、無毒、無污染、比功率高、比能量高等優點，既有豐富的資源，還能再生利用，而且比氫燃料電池結構簡單，是很有發展前景的新能源。

目前，對于金屬空氣電池的研究主要集中在開發高性能氧還原催化劑方面。但是，催化劑性能的提高往往依賴更多貴金屬的使用以及更復雜的制備工藝，而這些都不可避免地提高了金屬空氣電池的成本，一定程度上限制了大規模應用的推進。貴金屬催化劑在催化反應中具有活性高、穩定性好的特點，目前常用的有鉑系催化劑，但由于鉑造價昂貴，純鉑催化劑已逐漸被鉑合金催化劑所取代，且在同樣的比表面積下，鉑合金催化劑具有更高的催化性能，且較小的原子間距更有利于氧分子的擴散和吸附。

CN105013481A公開了一種C-SiC復載型鉑基催化劑其及制備方法和應用，催化劑包括載體C-Si以及負載于C-SiC上的鉑組分和助劑元素；各組分的質量百分比分別為：C-Si96%~99.2%，鉑組分0.05%~2%，助劑元素0.02%~2.0%。上述發明所述C-SiC負載型鉑基催化劑由于兼有碳材料的高表面積和孔隙率以及貴金屬Pt與碳材料之間的強相互作用等特點，可以顯著提高鏈烷基化合物的轉化率和相應鏈烯基化合物的選擇性，同時本發明的催化劑SiC具有優良的導熱性，可以避免反應器局部過熱導致催化劑積碳失活等問題。

CN108808022A公開了一種基于介觀結構的高性能低鉑燃料電池催化劑及其制法，所述催化劑為具有雙異質結結構的Pt/CN/M催化劑，其中M為過渡金屬，CN為高度石墨化的氮摻雜碳層，M在最靠近載體的最底層，Pt在催化劑表面。上述催化劑的介觀結構是一種整體設計，其中Pt的粒徑非常均一且分布特別均勻，受到雙異質結的強烈調節作用，在Pt的擔載量遠低于商業化催化劑的情況下表現出比其更優異的催化活性和穩定性。

CN112403512A公開了一種納米鈦硅分子篩負載的鉑基催化劑、其制備方法和應用，所述催化劑是納米鈦硅分子篩和鉑金屬簇兩種物相組成，并且兩相中間發生強相互作用，緊密結合，鉑以原子簇形式均勻分散在鈦硅分子篩表面；其中，鉑的含量為0.5-1.0wt%，鉑原子團簇的尺寸為1nm-2nm。上述技術方案通過乙二醇預還原法制備納米鈦硅分子篩負載的鉑基單金屬催化劑，采用所述方法制備得到的催化劑，能夠將Pt進行更好的分散，顆粒尺寸更加集中且更小。

然而，現有技術中鉑基氧還原催化劑仍然存在鉑納米顆粒或鉑合金納米顆粒發生團聚的問題，減少了鉑納米顆粒或鉑合金納米顆粒在載體上的負載量，而且現有技術中鉑基氧還原催化劑仍然存在ORR性能較低的問題。因此，目前亟需開發一種新型的鉑基氧還原催化劑及其制備方法與用途。

發明內容