一种燃料电池双元合金催化剂的微波制备方法技术

本发明专利技术属于燃料电池技术领域，特别涉及到一种燃料电池双元合金催化剂的微波制备方法。本发明专利技术的制备方法包括前驱体悬浮液配制过程、微波反应过程、催化剂酸洗处理过程，利用添加剂和微波同步还原铂与过渡金属，一步合成双元合金催化剂，可以在较低温度焙烧甚至省去焙烧过程，从而有效抑制合金颗粒的长大；微波还原后进行酸洗可以除去未合金化的过渡金属元素，工艺、设备简单，合成周期短，易于实现工业化生产；使用过渡金属与铂制备双元合金催化剂，降低了贵金属铂的用量，能够有效降低催化剂的成本，制备出的催化剂合金化程度良好，元素比例与颗粒粒径可控，催化活性及稳定性高。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池双元合金催化剂的微波制备方法
本专利技术属于燃料电池
，特别涉及到一种燃料电池双元合金催化剂的微波制备方法。
技术介绍
燃料电池技术的应用非常广泛，能够应用在汽车、航空、储能、发电、船舶等行业，其中质子交换膜燃料电池具有能量效率高、环境友好、启动速度快、运行安全可靠等优点，一直是研究的热点。催化剂作为燃料电池的关键材料，催化剂的成本与性能直接影响燃料电池的成本与性能，因此开发出高性能、低成本的催化剂的任务非常迫切。由于多元合金催化剂制备难度高，元素比例难控，工业化难度高，因而双元合金催化剂例如铂钴、铂镍、铂钯等的研究更有工业化意义。专利CN105642309A制备铂钯催化剂的过程中，使用铂基催化剂，再加入钯元素高温700-1000℃焙烧使其合金化，耗能较大且不易工业化放大。在目前双元合金催化剂的制备方法中，多数需要预先制备铂催化剂，再加入另一种元素高温焙烧形成双元合金，制备步骤多，装置复杂，颗粒粒径难控制，耗能大成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种燃料电池双元合金催化剂的微波制备方法。本专利技术的制备方法可以同步还原铂与钴元素，一步形成燃料电池双元合金催化剂，能够有效降低燃料电池贵金属的用量，降低成本，提高氧还原催化活性与稳定性。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种燃料电池双元合金催化剂的微波制备方法，包括以下步骤：（1）将碳载体、含铂化合物溶液和过渡金属盐溶液分散在乙二醇中，超声分散或搅拌分散均匀，得到双元前驱体悬浮液；<br>（2）向步骤（1）中配制好的双元前驱体悬浮液中加入添加剂与沉淀剂并搅拌，随后在微波炉中加热至沸腾，降至室温后静置0.1-24h；（3）向步骤（2）中的混合液中加入酸溶液，静置0.1-100h后离心洗涤或压滤洗涤，在30-90℃下鼓风干燥即得到双元合金催化剂；或者将步骤（2）中的混合液离心洗涤或压滤洗涤，在30-90℃下鼓风干燥后放入管式炉中，在保护气氛、100-500℃下焙烧0.5-6h后加入酸溶液，静置0.1-100h后再次离心洗涤或压滤洗涤，在30-90℃鼓风干燥得到双元合金催化剂。所述含铂化合物包括氯铂酸、氯铂酸钾、氯化铂、二亚硝基二氨铂中的一种或多种，含铂化合物溶液的浓度为0.5-800g/L。所述过渡金属盐为钴、镍或铜的可溶盐，包括硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、硝酸镍或硫酸铜，过渡金属盐的浓度为0.1-500g/L。所述含铂化合物溶液或/和过渡金属盐溶液中的溶剂是乙二醇和/或水，水与乙二醇的物质的量的比在0-100:1。所述沉淀剂是氢氧化钠、氨水或碳酸钠中的一种或多种，沉淀剂与过渡金属的摩尔比控制在0.1-120:1。所述添加剂是次磷酸钠、甲酸钠、亚硫酸钠、柠檬酸或乙二胺四乙酸中的一种或多种，添加剂与过渡金属的摩尔比为0-200:1。步骤（2）中所述微波炉的功率是100-9000W，加热时间是1-120min。步骤（3）中所述酸溶液是盐酸、硫酸或硝酸中的一种或多种，浓度范围是0.01-18.4mol/L，加入量是2-5000mL。步骤（3）中焙烧时通入的保护气是氮气、氩气、氢气的一种或多种。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术双元合金催化剂的制备方法利用添加剂和微波同步还原铂与过渡金属，一步合成双元合金催化剂，工艺、设备简单，合成周期短，易于实现工业化生产。2、本专利技术使用过渡金属与铂元素制备双元合金催化剂，降低了贵金属铂的用量，有效降低了催化剂的成本。3、本专利技术采用微波制备工艺加快并促进铂与过渡金属的还原，一步形成合金催化剂，可以在较低温度焙烧甚至省去焙烧过程，从而有效抑制合金颗粒的长大；微波还原后进行酸洗可以除去未合金化的过渡金属元素。4、本专利技术的制备方法制备出的催化剂合金化程度良好，元素比例与颗粒粒径可控，催化活性及稳定性高。附图说明图1是本专利技术双元合金催化剂的制备流程图。图2是本专利技术实施例1-4制备的催化剂的XRD图谱对比图。图3是本专利技术实施例5与6制备的催化剂的循环伏安曲线。图4是本专利技术实施例7制备的催化剂与商业竞品催化剂的氧还原对比曲线。具体实施方式以下结合技术方案和附图详细叙述本专利技术的具体实施方式。实施例1一种燃料电池双元合金催化剂的微波制备方法，包括以下步骤：称取0.24g碳载体，量取52mL的5.2g/L氯铂酸的乙二醇溶液、10mL的29.1g/L氯化钴的乙二醇溶液，超声分散在120mL乙二醇中制成悬浮液，往悬浮液中加入含有2g氢氧化钠的水溶液12mL，搅拌10min，放入功率为1000W的微波炉中加热至沸腾，降至室温后静置30min，加入浓度为6mol/L的硫酸18mL，静置12h离心洗涤后，80℃鼓风干燥得到催化剂粉末。实施例2一种燃料电池双元合金催化剂的微波制备方法，包括以下步骤：称取5g碳载体，量取50mL的100g/L氯铂酸的乙二醇溶液、100mL的60g/L硝酸钴的乙二醇溶液，超声分散在2L乙二醇中制成悬浮液，往悬浮液中加入含有40g氢氧化钠的水溶液360mL，搅拌30min，放入功率为6000W的微波炉中加热至沸腾，降至室温后静置30min，加入浓度为18.4mol/L的硫酸60mL，静置12h离心洗涤后，60℃鼓风干燥得到催化剂粉末。实施例3一种燃料电池双元合金催化剂的微波制备方法，包括以下步骤：称取0.4g碳载体，量取10mL的40g/L氯铂酸的乙二醇溶液、5mL的30g/L硫酸铜的乙二醇溶液，超声分散在400mL乙二醇中制成悬浮液，往悬浮液中加入含有2g甲酸钠、5g氢氧化钠的水溶液120mL，搅拌30min，放入功率为2000W的微波炉中加热至沸腾，降至室温后静置30min，加入浓度为1mol/L的硫酸100mL，静置12h离心洗涤后，80℃鼓风干燥得到催化剂粉末。实施例4一种燃料电池双元合金催化剂的微波制备方法，包括以下步骤：称取0.24g碳载体，量取40mL的8g/L氯铂酸钾的乙二醇溶液、6mL的40g/L硝酸镍的乙二醇溶液，搅拌分散在120mL乙二醇中制成悬浮液，往悬浮液中加入含有2g氢氧化钠的水溶液36mL，搅拌10min，放入功率为1000W的微波炉中加热至沸腾，降至室温后静置30min，加入浓度为1mol/L的硫酸60mL，静置12h离心洗涤后，60℃鼓风干燥得到催化剂粉末。实施例5一种燃料电池双元合金催化剂的微波制备方法，包括以下步骤：称取0.5g碳载体，量取15mL的40g/L氯铂酸的乙二醇溶液、6mL的30g/L硫酸钴的乙二醇溶液，超声分散在200mL乙二醇中制成悬浮液，往悬浮液中加入含有2g次磷酸钠、8g氢氧化钠的水溶液34mL，搅拌20min，放入微波炉中加热至沸腾，降至室温后静置30min，加入浓度为18.4mol/L的硫酸12mL，静置12h压滤洗涤后，70℃鼓风干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池双元合金催化剂的微波制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）将碳载体、含铂化合物溶液和过渡金属盐溶液分散在乙二醇中，超声分散或搅拌分散均匀，得到双元前驱体悬浮液；/n（2）向步骤（1）中配制好的双元前驱体悬浮液中加入添加剂与沉淀剂并搅拌，随后在微波炉中加热至沸腾，降至室温后静置0.1-24h；/n（3）向步骤（2）中的混合液中加入酸溶液，静置0.1-100h后离心洗涤或压滤洗涤，在30-90℃下鼓风干燥即得到双元合金催化剂；/n或者将步骤（2）中的混合液离心洗涤或压滤洗涤，在30-90℃下鼓风干燥后放入管式炉中，在保护气氛、100-500℃下焙烧0.5-6h后加入酸溶液，静置0.1-100h后再次离心洗涤或压滤洗涤，在30-90℃鼓风干燥得到双元合金催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池双元合金催化剂的微波制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将碳载体、含铂化合物溶液和过渡金属盐溶液分散在乙二醇中，超声分散或搅拌分散均匀，得到双元前驱体悬浮液；
（2）向步骤（1）中配制好的双元前驱体悬浮液中加入添加剂与沉淀剂并搅拌，随后在微波炉中加热至沸腾，降至室温后静置0.1-24h；
（3）向步骤（2）中的混合液中加入酸溶液，静置0.1-100h后离心洗涤或压滤洗涤，在30-90℃下鼓风干燥即得到双元合金催化剂；
或者将步骤（2）中的混合液离心洗涤或压滤洗涤，在30-90℃下鼓风干燥后放入管式炉中，在保护气氛、100-500℃下焙烧0.5-6h后加入酸溶液，静置0.1-100h后再次离心洗涤或压滤洗涤，在30-90℃鼓风干燥得到双元合金催化剂。


2.根据权利要求1所述的燃料电池双元合金催化剂的微波制备方法，其特征在于，所述含铂化合物包括氯铂酸、氯铂酸钾、氯化铂、二亚硝基二氨铂中的一种或多种，含铂化合物溶液的浓度为0.5-800g/L。


3.根据权利要求1所述的燃料电池双元合金催化剂的微波制备方法，其特征在于，所述过渡金属盐为钴、镍或铜的可溶盐，包括硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、硝酸镍或硫酸铜，过渡金属盐的浓度为0.1-500g/L。

<...

【专利技术属性】
技术研发人员：华秋茹，张义煌，张明，刘倩，包喆宇，陈杰，李刚，
申请(专利权)人：无锡威孚高科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32