一种碳载金属催化剂及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种碳载金属催化剂及其制备方法和应用。该催化剂采用碳纤维材料为载体，以硼氢化钠、甲醇或者乙二醇为还原剂，氯铂酸、氯金酸及其它金属前驱体的一种或者几种共混后还原，得到一种燃料电池用金属/碳纳米纤维催化剂，其优选金属载量为10～60wt%。该催化剂初始电化学活性表面积高，在120分钟的计时电流法测试中电流密度衰减较小，在整个电化学计时电流测试中电流密度都高于现有的商业催化剂铂/XC72R（40%），表现出更高的电化学活性，更高的电流密度和更优越的电化学稳定性。该催化剂表现出极高的抗一氧化碳毒性。

主权项

一种碳载金属催化剂的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：将1重量份聚丙烯腈以及0.01～0.5重量份金属前驱体溶于DMF或者DMAC中，聚丙烯腈浓度范围为7～20％，在30～60℃下搅拌0.5～12h；其中PAN与金属前驱体的质量比为1000：1～100：90，搅拌2～48h，进行静电纺丝，纺丝所得纤维膜置于反应炉中进行碳化得到含有初次负载金属的多孔碳纸片；取所述多孔碳纸片溶于去离子水中形成0.05～1wt％的含有初次负载金属的碳纤维分散液，在1000～2000重量份的含有初次负载金属的碳纤维分散液中加入2.66～15.93重量份的金属前驱体搅拌形成均匀分散液，使所述金属前驱体在所述均匀分散液中的载量为1～99wt％，用0.5～4M氢氧化钾水溶液调节pH值为9～13，搅拌后加入160～640重量份还原剂进行还原反应，过滤，真空干燥得到含有二次负载金属的催化剂，即所述碳载金属催化剂；所述金属前驱体是过渡金属中的单一金属、金属合金、金属氧化物、金属盐中的一种或几种的混合物；所述碳载金属催化剂具有如下结构：在碳纤维构成的多孔碳纸片中含有金属颗粒；所述碳载金属催化剂中碳与金属材料的质量比为100：0.01～100：90；所述碳纤维的直径为50nm～1μm、孔隙率为30～80％、比表面积为5～100m²g^‑1、孔体积为0.1～10mL g^‑1。