一种燃料电池用阴极催化剂及制备方法

摘要

本发明涉及一种燃料电池用阴极催化剂及制备方法，所述催化剂为空壳型碳担载Pt基纳米催化剂，以Pt或Pt与过渡金属组成的合金为活性组分，其通式为Pt或PtM_x，其中，M=Ag、Au、Ru、Rh、Pd、Os、或Ir，0.05≤x≤0.95，催化剂粒径为10-100nm，壳体壁的厚度1-20nm。制备的催化剂Pt基组分利用率高，相比于传统的碳载Pt基纳米颗粒催化剂，本发明的催化剂在保证表面有效Pt基活性组分的前提下，省去传统纳米颗粒内部不参与反应的Pt基组分，提高Pt基组分的利用率；同时空壳结构诱导Pt基组分发生晶格畸变，产生电子调控作用，参与催化反应的Pt基组分催化活性高。

主权项

一种燃料电池用阴极催化剂制备方法，其特征在于：所述催化剂为空壳型碳担载Pt基纳米催化剂，以Pt或Pt与过渡金属组成的合金为活性组分，其通式为Pt或PtM_x，其中，M＝Ag、Au、Ru、Rh、Pd、Os、或Ir中的一种或二种以上，0.05≤x≤0.95，催化剂粒径为10‑100nm，壳体壁的厚度1‑20nm,所述催化剂按模板法制备而成，(1)将模板金属的水溶性前驱物与C₁₂～C₁₈的季铵盐表面活性剂按1/20～1/5的摩尔比溶于水中，充分搅拌使之混合均匀，得到溶液A，其中模板金属离子的浓度为0.001‑1mol/L；(2)向A中通入惰性气体至饱和，将碳载体和溶液A按50～200ml溶液A/1g碳载体的比例，超声混合均匀，搅拌下加入模板金属2～10倍摩尔比的还原剂，得到浆料B；(3)将所需比例Pt和M的水溶性前驱物溶于水中，搅拌混合均匀，得到溶液C1，其中Pt前驱离子浓度为0.001‑1mol/L；或者将Pt与C₁₂～C₁₈的季铵盐表面活性剂、按Pt与表面活性剂1/20～1/5的摩尔比溶于水中，搅拌混合均匀，得到溶液C2；(4)搅拌下向陈化0.5～6h的浆料B按所需炭载体与Pt、或炭载体与Pt和M的质量比加入溶液C1或C2中，在惰性气氛保护下反应0.5～6h得到浆料D；(5)将浆料D离心洗涤，60～120度真空干燥4～12小时，研磨得到固体粉末E；(6)将固体粉末E在还原性气氛下于200～900度焙烧热处理0.5～6h后，得固体粉末F；固体粉末E或F在pH为1～3的盐酸、硫酸、硝酸或高氯酸溶液中处理0.5～12h，过滤洗涤后，60～120度真空干燥4～12小时后即得催化剂；所述阴极催化剂中活性组分的含量为1～80wt％，余量为碳载体；空壳型碳担载Pt基纳米催化剂是指以催化剂为空心的纳米颗粒；所述碳载体为导电炭黑、石墨炭、碳纳米管、碳纤维、碳微球和/或碳气凝胶。