[發明專利]一種氫燃料電池催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 202210925144.2
• 申請日: 2022-08-03
• 公開（公告）號: CN115101767A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 張上云;楊金;蔣頡;全小龍;王一帆;孫馨越;李新華;賈莉偉
• 申請（專利權）人: 無錫威孚環保催化劑有限公司
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M4/88
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 沈燕;曹祖良

本發明提供一種氫燃料電池催化劑，氫燃料電池催化劑包括載體，載體為富勒烯，富勒烯表面負載PtAu合金，PtAu合金表面負載Pt。本發明的氫燃料電池催化劑以富勒烯為載體，以Pt、Au為活性組分，通過多元醇還原的方法負載貴金屬，再通過高溫焙燒合金化，最后用氫還原的方式在合金表面負載Pt，得到高載量和高分散的Pt?PtAu/富勒烯催化劑；由于富勒烯本身就是球狀、橢圓狀、管狀等具有高比表面積，增加金屬分散度，提高貴金屬的利用率；表面修飾處理后可以增強質子傳導能力，全氟磺酸樹脂修飾后的載體進一步增強H質子的傳導能力以及載體的疏水性能。

技術領域

本發明涉及電催化技術，具體涉及一種氫燃料電池催化劑及其制備方法。

背景技術

隨著化石能源的日漸枯竭，尋找可替代的新能源迫在眉睫。氫能作為一種高效、清潔、安全、可持續發展的二次能源近年來備受關注，氫能可以滲透到傳統能源的各個方面，包括交通運輸、長期儲能、工業燃料、便攜設備等領域。氫燃料電池在氫能利用效率、功率密度、排放等方面的優秀表現，被認為具有廣闊的發展前景。

催化劑作為氫燃料電池的核心材料在整個燃料電池電堆成本中占很大一部分比重；而催化劑的初始活性和穩定性是衡量其性能的重要指標，在質子交換膜燃料電池的兩極需要催化劑加快反應。目前針對催化劑的研究主要包括鉑碳催化劑、鉑合金催化劑、低鉑催化劑和非鉑催化劑等；在專利CN113725449A對于非鉑催化劑的研究，尖晶石型NiCo 2 O4 催化劑確實沒有貴金屬鉑的引入，但催化劑的性能較鉑基催化劑存在較大差距，而對于低鉑催化劑同樣存在活性低的問題，由于載體腐蝕以及貴金屬的遷移團聚等問題使得鉑碳二元催化劑的穩定性較差。

對于鉑合金催化劑，過渡金屬的摻入可以提高催化劑的性能。在專利CN113258090A中用過度金屬Fe、Co、Ni進行摻雜提高了其合金催化劑的穩定性，但初始活性偏低；因此，在不增加催化劑成本的基礎上，開發出一種新的氫燃料電池催化劑及其制備方法，使其具有高初始活性的同時催化劑的穩定性得到顯著提升成為研究的重中之重。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明提供一種氫燃料電池催化劑及其制備方法，本發明基于鉑合金催化劑的基礎上進行研究，通過結構上的改性來改善催化劑的穩定性，該催化劑以富勒烯為載體，Pt及PtAu合金為活性組分，由富勒烯為內層，PtAu合金為中層，最外層再負載一層Pt的三層結構，制備出高初始活性的合金催化劑，同時催化劑耐久性得到顯著提升。

本發明采用的技術方案是：

一種氫燃料電池催化劑，其中：所述氫燃料電池催化劑包括載體，所述載體為富勒烯，所述富勒烯表面負載PtAu合金，所述PtAu合金表面負載Pt。

一種氫燃料電池催化劑的制備方法，其中：所述制備方法包括以下步驟：

S1、載體破碎：稱取5g富勒烯，將富勒烯加入球磨罐中，球磨處理0.5～1h后，冷卻；

S2、載體的純化：將步驟S1破碎后的富勒烯加入含二氮雜二環的1,2,3-三甲基苯溶液中，混合攪拌0.5-2h后過濾分離；

S3、載體的修飾：

S31、稱取步驟S2所得過濾后的富勒烯與強氧化性溶液混合，超聲分散、加熱攪拌0.5-2h，過濾洗滌，得到載體一；

S32、將S31過濾所得載體一加入到全氟磺酸樹脂的醇溶液中，攪拌0.5～1h后過濾分離，得到載體二；

S33、將S32分離得到的載體二干燥，干燥溫度為60℃～80℃，干燥時間為4～6h，得到載體三；

S4、貴金屬負載：

S41、將氯金酸和氯鉑酸溶于有機溶劑中，加入步驟S33所得的載體三，超聲混合、剪切乳化，得到混合溶液一；

S42、用堿性溶液調節步驟S41所得混合溶液一的PH至9-13得到懸濁液；

S43、將步驟S42的懸濁液加入反應釜中進行加熱還原，得到混合溶液二；