一种燃料电池氢氧化非铂催化剂的制备方法技术

一种燃料电池氢氧化非铂催化剂的制备方法，本发明专利技术利用二氧化钛前驱体水解反应在功能化碳载体上形成二氧化钛纳米包覆层，同时通过二氧化钛悬空键螯合Pd、Os、Ru、Ir、Rh、Ni、Co、Mo等过渡金属离子，最后通过在还原气氛热处理，形成过渡金属镶嵌在二氧化钛界面的碳载燃料电池氢氧化非铂催化剂。本发明专利技术的巧妙地利用二氧化钛/过渡金属螯合结构，强化金属与二氧化钛相互作用，形成一体化复合催化剂，提高催化剂抗电化学氧化能力，增强催化剂稳定性；利用二氧化钛界面吸附特性，加速催化金属表面氧化物中的脱附速率，提高催化剂在酸性、碱性的催化氢氧化活性；本发明专利技术制备的非铂催化剂在酸碱性环境下具有显著优于商业化Pt/C和商业化PtRu/C的氢氧化催化活性。

Preparation method of non platinum catalyst for hydrogen oxidation of fuel cell

A method for preparing hydrogen oxide fuel cell and non platinum catalysts, the formation of TiO2 nano coating on carbon carrier in the functional use of titania precursor hydrolysis reaction, at the same time by TiO2 dangling bond chelate Pd and Os, Ru, Ir, Rh, Ni, Co, Mo and other transition metal ions, the reduction in the atmosphere heat treatment, the formation of transition metal oxide fuel cell hydrogen carrier embedded non platinum catalyst in the titanium dioxide carbon interface. The invention of the ingenious use of TiO2 / transition metal chelate structure, strengthen the interaction between metal and titanium dioxide, forming an integrated composite catalyst, improve the catalyst resistance to electrochemical oxidation ability, enhance the stability of the catalyst; the adsorption characteristics of titanium dioxide, accelerate the desorption rate of catalytic metal surface oxide, improve the catalyst in the catalytic hydrogen oxidation activity of acid and alkaline the catalytic activity of hydrogen oxidation; non platinum catalyst prepared by the invention has significantly better than the commercial Pt/C and commercial PtRu/C in acid environment.

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池氢氧化非铂催化剂的制备方法
本专利技术属于燃料电池
，特别涉及一种燃料电池氢氧化非铂催化剂的制备方法。
技术介绍
燃料电池是一种将化学能转换为电能的装置，它具有能量转换效率高、环境友好、室温快速启动、比功率和比能量高等突出特点，被公认为是未来电动汽车及其它民用场合最有希望的化学电源。然而，由于燃料电池中贵金属催化剂铂的大量使用，导致其成本居高不下，严重制约了其大规模商业化推广。减少使用或避免使用贵金属铂类催化剂是降低燃料电池成本的根本途径。最近开发的非贵金属阴极氧还原催化剂已具备替代铂类催化剂的可能。然而，在燃料电池的阳极，目前仅有的贵金属铂催化剂对阳极氢氧化反应(HOR)具有足够的催化活性。此外，相比较酸性条件下，铂类的HOR活性在碱性条件下低2到3数量级。因此，发展高效、低成本且同时适用酸碱催化环境的非铂阳极氢氧化催化剂具有重要意义。中国专利技术专利CN103331172A公开了“一种燃料电池Ir基阳极催化剂的制造方法”，该方法先以浓氨水为络合剂形成镍氨络合阳离子，再水浴蒸干制备出碳载铱镍络合物，然后在氢气氛中还原，制备出了碳载IrNi合金催化剂。该方法制备的I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种质子交换膜燃料电池氢阳极催化剂的制备方法，其具体方法步骤包括(1)碳载体的功能化取500ml圆底烧瓶，称取8克市售Vulcan XC‑72碳粉，加入320毫升浓硝酸后，升温回流至沸腾开始计时，反应6小时，冷却至室温，加水稀释，抽滤洗涤至pH接近7，烘干，球磨成粉末，即得到功能化Vulcan XC‑72碳粉；其特征在于：(2)碳载金属二氧化钛催化剂前驱物按过渡金属前驱体︰二氧化钛前驱体︰功能化Vulcan XC‑72碳粉摩尔比为1︰1～12︰20～200分别称取过渡金属前驱体、二氧化钛前驱体和步骤(1)所得功能化Vulcan XC‑72碳粉；先将功能化Vulcan XC‑72碳粉加入到无水乙...

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池氢阳极催化剂的制备方法，其具体方法步骤包括(1)碳载体的功能化取500ml圆底烧瓶，称取8克市售VulcanXC-72碳粉，加入320毫升浓硝酸后，升温回流至沸腾开始计时，反应6小时，冷却至室温，加水稀释，抽滤洗涤至pH接近7，烘干，球磨成粉末，即得到功能化VulcanXC-72碳粉；其特征在于：(2)碳载金属二氧化钛催化剂前驱物按过渡金属前驱体︰二氧化钛前驱体︰功能化VulcanXC-72碳粉摩尔比为1︰1～12︰20～200分别称取过渡金属前驱体、二氧化钛前驱体和步骤(1)所得功能化VulcanXC-72碳粉；先将功能化VulcanXC-72碳粉加入到无水乙醇中，超声分散10～60分钟，形成质量浓度为1～25毫克/毫升的功能化VulcanXC-72碳粉悬浮液；然后，按照浓氨水︰功能化VulcanXC-72碳粉悬浮液体积比为1:10～1000，向上述功能化VulcanXC-72碳粉悬浮液中滴加质量浓度为30％浓氨水，搅拌0.5～1小时，再以15～45微升/分钟的速度滴加二氧化钛前驱体，在25℃～60℃水浴条件下，搅拌反应0～24小时后，加入浓度为0.01～0.2摩尔/升的金属前驱体溶液，继续搅拌2～24小时，最后在50～75℃下水浴蒸干，研磨成粉，获得碳载金属二氧化钛催化剂前驱物；(3)碳载金属二氧化钛催化剂将上述碳载金属二氧化钛催化剂前驱物置于管式炉中，用真空泵抽出管式炉中空气，再以氢气流量为5～50毫升/分钟和氮气流量为50～200毫升/分钟充入氮气和氢气混合气，在氮气和氢气混合气气氛下以3～10℃/分钟升温至300～800℃反应1～3小时，最后在氮气和氢气混合气气氛下冷却至室温，获得催化剂固体粉末；最后经水洗、60℃真空干燥后获得碳载金属二氧化钛催化剂；所述的过渡金属前驱体为氯铂酸、氯铱酸、氯化钯、氯化钌、氯化铑、氯化锇、氯亚铱酸钠、氯亚铂酸钾的其中之一；二氧化钛前驱体为钛酸丁酯、氯化钛的其中之一。2.按照权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池非铂氢阳极催化剂的制备方法，其特征在于制备方法的步骤(2)、(3)，具体为：(2)碳载钌二氧化钛前驱物按氯化钌︰钛酸丁酯︰功能化VulcanXC-72碳粉摩尔比为1︰3.8︰134.7分别称取氯化钌、钛酸丁酯、步骤(1)所得功能化VulcanXC-72碳粉；先将功能化VulcanXC-72碳粉加入到无水乙醇中，超声分散30分钟，形成质量浓度为1.6毫克/毫升的功能化VulcanXC-72碳粉悬浮液；然后，按照浓氨水︰功能化VulcanXC-72碳粉悬浮液体积比为3:1000，向上述功能化VulcanXC-72碳粉悬浮液中滴加质量浓度为30％浓氨水，搅拌0.5小时，再以26微升/分钟的速度滴加钛酸丁酯，在45℃水浴条件下，搅拌反应24小时后，加入浓度为0.09152摩尔/升的氯化钌溶液，继续搅拌24小时，最后在70℃下水浴蒸干，研磨成粉，获得碳载钌二氧化钛前驱物；(3)碳载钌二氧化钛催化剂将上述碳载钌二氧化钛置于管式炉中，用真空泵抽出管式炉中空气，再以氢气流量为10毫升/分钟和氮气流量为60毫升/分钟充入氮气和氢气混合气，在氮气和氢气混合气气氛下以6℃/分钟升温至500℃反应2小时，最后在氮气和氢气混合气气氛下冷却至室温，获得催化剂固体粉末；最后经水洗、60℃真空干燥后获得碳载钌二氧化钛催化剂。3.按照权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池非铂氢阳极催化剂的制备方法，其特征在于制备方法的步骤(2)、(3)，具体为：(2)碳载钌二氧化钛前驱物按氯化钌︰钛酸丁酯︰功能化VulcanXC-72碳粉摩尔比为1︰6︰200分别称取氯化钌、钛酸丁酯、步骤(1)所得功能化VulcanXC-...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏子栋，陶思成，丁炜，汪望兰，李巍，苗佩宇，邓江海，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50