一种车载燃料电池用高耐久性阳极催化剂及其制备方法

摘要

本发明涉及一种车载燃料电池用高耐久性阳极催化剂及其制备方法，采用铂基纳米线为主活性组分，并加入其它活性助剂，以高导电性碳基材料为载体，其中重量比为：主活性组分：活性助剂＝80％：20％～95％：5％，主活性组分与载体的重量比为20％：80％～80％：20％。与现有技术相比，本发明催化剂可以减弱车用工况条件下的电势高低变换、电势循环、电流反转等过程造成的影响，从而具有更高的耐久性。

主权项

一种车载燃料电池用高耐久性阳极催化剂，其特征在于，采用铂基纳米线为主活性组分，并加入其它活性助剂，以高导电性碳基材料为载体，其中重量比为：主活性组分：活性助剂＝80％：20％～95％：5％，主活性组分与载体的重量比为20％：80％～80％：20％；所述的铂基纳米线包括纯铂纳米线及铂与镍、铬、钴或铁金属元素形成的合金纳米线，表示为Pt‑NWs或PtM‑NWs，M为Ni,Cr,Co或Fe元素；所述的高导电性碳基材料选用比表面积为50～800m²/g的碳黑、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米纤维或石墨烯；上述催化剂通过以下方法制成：(1)主活性组分的制备称取经预处理的载体置于反应器中，加入去离子水后在超声波振荡仪中处理30min，取浓度10mg/mL的活性组分前驱体水溶液，加入上述装有高导电性载体悬浊液的反应器中；然后加入甲酸水溶液，继续超声30min；把上述混合液置于通风橱中静置24～120h后，将得到的混合物在过滤器中过滤，并用大量去离子水洗涤，直至无Cl^‑检出为止；收集滤饼，置于80℃真空烘箱中干燥5～15h，即得到最终的主活性组分；(2)活性助剂的制备将去离子水煮沸；加入一定比例的NaHCO₃水溶液和活性助剂的前驱体溶液，继续煮沸20min；将上述反应物冷却，过滤后用去离子水洗涤，直至滤液中检测不到Cl^‑离子；将滤饼置于烘箱中，在空气气氛中80～105℃干燥至滤饼重量不再变化；再置于氮气中350～800℃热处理两个小时，得到活性助剂；(3)催化剂的制备将步骤(1)所得主活性组分与步骤(2)所得活性助剂进行混合，得到最终的高耐久性车载催化剂；步骤(1)所述的载体的预处理为：在2.0M盐酸中，120℃下回流处理5～10小时，再在5.0M硝酸中，120℃下回流处理5～10小时，以除去无机杂质及增加表面官能团；活性组分前驱体水溶液为Pt(NO₃)₂溶液或H₂PtCl₆水溶液，或Pt与镍、铬、钴或铁的硝酸盐或氯酸盐溶液；所述的甲酸水溶液的纯度不低于88％，甲酸水溶液与活性组分前驱体水溶液的体积比为20％：80％～80％：20％。