[發明專利]氧還原催化劑及其制備方法、燃料電池

在審

• 申請號: 202211278670.0
• 申請日: 2022-10-19
• 公開（公告）號: CN115663217A
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 李寒煜;鄭欣;邱方程;王琦玥昕;劉榮海;郭新良;何運華
• 申請（專利權）人: 云南電網有限責任公司電力科學研究院
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M4/88
• 代理公司: 深圳中細軟知識產權代理有限公司 44528
• 代理人: 田麗麗

1.一種氧還原催化劑，其特征在于，包括載體和負載在所述載體上的合金顆粒，所述合金顆粒包括金銅合金核和位于所述金銅合金核外表面的金鉑合金殼，所述金銅合金核的晶格結構為金原子密排層和銅原子密排層依次交叉層疊，所述金銅合金核外表面的銅原子被鉑原子取代形成所述金鉑合金殼。

2.根據權利要求1所述的氧還原催化劑，其特征在于，所述金銅合金核的分子式為：Au_xCu_y，x＝1，y＝1；

所述金鉑合金殼的分子式為：Au_mPt_n，m＝1，n＝1。

3.根據權利要求1或2所述的氧還原催化劑，其特征在于，所述載體包括炭材料。

4.一種如權利要求1～3中任意一項所述的氧還原催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下過程：

將銅鹽、金鹽、載體和還原劑加入溶劑中，所述還原劑將所述銅鹽中的銅離子和所述金鹽中的金離子分別還原成銅和金，得到負載在所述載體上的金銅合金核前軀體；

對所述負載在所述載體上的金銅合金核前軀體進行熱處理，所述金銅合金核前軀體的晶格結構由不規則結構形成由金原子密排層和鉑原子密排層依次交叉層疊的規則結構，得到負載在所述載體上的金銅合金核；

將所述負載在所述載體上的金銅合金核和鉑鹽分散于稀酸溶液中，所述鉑鹽中的鉑離子和所述金銅合金核外表面上的銅原子發生置換反應，所述銅原子被鉑原子取代，形成位于所述金銅合金核外表面的金鉑合金殼，得到所述氧還原催化劑。

5.根據權利要求4所述的氧還原催化劑，其特征在于，所述熱處理的溫度為220℃～400℃。

6.根據權利要求5所述的氧還原催化劑，其特征在于，在所述熱處理過程中，向所述負載在所述載體上的金銅合金核前軀體施加氫氣和惰性氣體的混合氣氛，其中，所述氫氣占所述混合氣氛的體積百分比為1％～10％。

7.根據權利要求4～6中任意一項所述的氧還原催化劑，其特征在于，所述得到負載在所述載體上的金銅合金核前軀體的過程包括：將所述銅鹽加入所述溶劑中，在保護氣氛下，將所述金鹽繼續加入所述溶劑中，得到混合物，將所述混合物置于冰浴中，向所述混合物中加入所述還原劑得到反應液，所述反應液發生還原反應，在所述還原反應過程中，對所述反應液施加超聲波，得到負載在所述載體上的金銅合金核前軀體。

8.根據權利要求7所述的氧還原催化劑，其特征在于，所述超聲波的功率為400W～600W，所述超聲波的頻率為30kHz～50kHz，超聲時間為6h～18h；

在所述反應液中，所述銅鹽在所述溶劑中的質量濃度為1mg/mL～2mg/mL，所述金鹽在所述溶劑中的質量濃度為1mg/mL～2.5mg/mL，所述載體在所述溶劑中的質量濃度為1mg/mL～2.5mg/mL，所述還原劑在所述溶劑中的質量濃度為4mg/mL～10mg/mL。

9.根據權利要求4所述的氧還原催化劑，其特征在于，所述銅鹽包括氯化銅、硫酸銅和硝酸銅中的一種或兩種以上；

所述金鹽包括氯金酸和/或氯金酸鹽；

所述鉑鹽包括氯鉑酸和/或氯鉑酸鹽；

所述溶劑包括乙二醇、甲醇和乙醇中的一種或兩種以上；

所述載體包括炭載體；

所述還原劑包括硼氫化鈉和/或氰基硼氫化鈉；

所述稀酸溶液包括硫酸、硝酸和鹽酸中的一種或兩種以上；

所述稀酸溶液中的氫離子濃度為0.1mol/L～0.4mol/L；

所述鉑鹽在所述稀酸溶液中的濃度為0.05mmol/L～0.2mmol/L。

10.一種燃料電池，其特征在于，包括如權利要求1～3中任意一項所述的氧還原催化劑或如權利要求4～9中任意一項制備方法制得的氧還原催化劑。