[發明專利]鉑基金屬間化合物催化劑及其制備方法、燃料電池膜電極

在審

• 申請號: 202210901346.3
• 申請日: 2022-07-28
• 公開（公告）號: CN115207372A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 鄒亮亮;戴建升
• 申請（專利權）人: 寧波中科科創新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90;H01M4/92
• 代理公司: 深圳市嘉勤知識產權代理有限公司 44651
• 代理人: 董琳

1.一種鉑基金屬間化合物催化劑的制備方法，其特征在于，包括：

步驟1：將一定摩爾比的EDTA絡合劑、M鹽和錫鹽、AEEA、鉑鹽分別加入一定體積的超純水中溶解，分別得到EDTA溶液、M鹽和錫鹽混合溶液、AEEA溶液和鉑鹽溶液，其中，M為過渡金屬；

步驟2：將步驟1得到的EDTA溶液與M鹽和錫鹽混合溶液混合、將AEEA溶液和鉑鹽溶液混合并攪拌，分別得到錫摻雜的螯合錨定M的M-EDTA溶液、以及錨定Pt的AEEA-Pt溶液；

步驟3：將步驟2得到的M-EDTA溶液和AEEA-Pt溶液混合超聲，使EDTA和AEEA進行反應結合連接在一起；

步驟4：取一定質量的N摻雜碳粉分散于超純水中，形成碳粉分散液；

步驟5：將步驟3得到的混合溶液加入到步驟4的碳粉分散液中，得到混合液；

步驟6：將步驟5的混合液蒸發溶劑后干燥得到Sn摻雜PtM/C前驅體粉末；

步驟7：在還原氣氛下熱處理所述前驅體粉末，得到黑色粉末；

步驟8：在空氣中熱處理步驟7得到的黑色粉末；

步驟9：對步驟8得到的粉末進行酸處理和水洗，得到碳負載Sn摻雜PtM金屬間化合物催化劑。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述碳負載Sn摻雜PtM金屬間化合物催化劑中，各成分的摩爾比范圍為：C:Pt:M:Sn＝50:38:12:(0.02～0.1)。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1中，EDTA絡合劑與M鹽的摩爾比為(0.1～3)：1，AEEA和鉑鹽的摩爾比為(0.2～4)：1，鉑鹽和M鹽的摩爾比為(0.2～3)：1，錫鹽和鉑鹽的摩爾比為(0.02～0.3)：1；和/或，步驟1中，所述M包括：鉻、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鈮、鉭以及錳中的至少一種；和/或，所述M鹽包括氯化鹽、硝酸鹽、硫酸鹽以及乙酸鹽中的至少一種；和/或，所述錫鹽包括：二氯化錫、四氯化錫、硝酸錫以及硫酸錫中的至少一種；和/或，所述鉑鹽包括：氯亞鉑酸鉀、硝酸亞鉑、氯鉑酸、氯鉑酸鈉、乙酰丙酮鉑、以及二氨基二亞硝基合鉑中的至少一種；和/或，所述EDTA絡合劑包括：EDTA4鈉鹽、EDTA2鈉鹽以及EDTA中的至少一種。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟4中，所述碳粉包括導電炭黑以及石墨烯中的至少一種；和/或，所述N摻雜碳粉的制備方法包括：將碳粉置于管式爐中，在Ar保護下升溫至800℃～900℃，切換氣體環境為含N氣體，保溫30～50分鐘，自然降溫后，得到所述N摻雜碳粉；和/或，所述步驟4中，所述N摻雜碳粉質量與金屬質量比控制在(0.4～4):1，所述超純水與N摻雜碳粉的質量比為(200～300)：1。

5.根據權利要求1中所述的制備方法，其特征在于，所述步驟7中，所述還原氣氛下熱處理包括：將步驟6中得到的Sn摻雜PtM/C前驅體粉末進行研磨，得到粉末顆粒；對所述粉末顆粒在還原氣氛下進行熱處理，實現PtM合金化以及有序化。

6.根據權利要求5中所述的制備方法，其特征在于，所述步驟7中的熱處理包括：第一溫度下熱處理，實現Sn摻雜PtM/C前驅體的還原以及合金化；再進行第二溫度下的熱處理，使得錫產生金屬空位，降低金屬間化合物的形成能，加快鉑、M原子的熱遷移和促進有序結構的形成；所述第一溫度高于所述第二溫度。

7.根據權利要求6中所述的制備方法，其特征在于，所述第一溫度的范圍為500℃～620℃；和/或，所述第二溫度的范圍為450℃～520℃。

8.根據權利要求1中所述的制備方法，其特征在于，所述步驟9中酸處理采用的酸性溶液包括硫酸、硝酸、高氯酸和鹽酸中的至少一種，所用酸性溶液的濃度控制在0.5M～2M，酸洗溫度為50℃～80℃，酸洗時間控制在0.2～4小時。

9.一種鉑基金屬間化合物催化劑，其特征在于，采用權利要求1至8中任一項所述制備方法所制備。

10.一種燃料電池膜電極，其特征在于，所述燃料電池膜電極的陰極催化劑采用權利要求9所述的鉑基金屬間化合物催化劑。