一种过渡金属簇硫族化合物燃料电池用阴极催化剂，其特征在于：以过渡金属簇硫族化合物为活性组分， 其通式为Ｉｒ↓［ｘ］Ｘ↓［ｙ］，其中，Ｘ＝Ｓ或Ｔｅ，ｘ与ｙ的比为９５∶５～２０∶８０； 或其通式为Ｉｒ↓［ｘ］Ｎ↓［１－ｘ］Ｘ↓［ｙ］，其中，Ｎ＝Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂ或Ｖ；Ｘ＝Ｓ、Ｓｅ或Ｔｅ，０．０５≤ｘ≤０．９５，１与ｙ的比为９５∶５～１∶１０； 催化剂中过渡金属簇硫族化合物含量为５～８０％，余量为碳载体。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池用阴极催化剂，具体地说涉及一种碳载的过渡金属 簇硫族化合物燃料电池用阴极催化剂及其制备方法。技术背景燃料电池是一种能量转换装置，它按电化学原理等温地把贮存在燃料和 氧化剂中的化学能直接转化为电能。代表性的燃料电池包括质子交换膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料 电池(DMFC)。质子交换膜燃料电池以氢气作为燃料气，需要燃料重整获得。 同时，氢气在存储和运输上存在很大的问题。但是，质子交换膜燃料电池 具有能量转化效率高，环境友好，启动快，比功率和比能量高等特点。PEMFC 不仅适合用于分散电站，也适宜用作移动电源。直接甲醇燃料电池以液态 的甲醇为燃料，虽具有比质子交换膜燃料电池低的能量密度，但是它的优 点在于液体燃料容易处理，存储和运输方便，无需另外的燃料重整系统。 尤为适于用作小型的电气设备的便携式电源。迄今为止，PEMFC和DMFC阴极最为广泛使用的催化剂是Pt/C催化剂。 由于Pt的资源匮乏、价格昂贵，导致PEMFC和DMFC的价格不能大幅度降 低，因而成为燃料电池商业化的一大障碍。同时，对于DMFC，由于甲醇容 易从阳极通过电解质隔膜渗透到阴极，在阴极发生氧化反应而形成混合电 位，极大地降低DMFC的性能。因此，制备一种价格低廉的且具有抗甲醇毒 化作用的非铂催化剂是目前PEMFC和謹FC课题中的研究热点之一。目前，Ru基过渡金属簇硫族化合物是研究较多的一类非铂阴极催化剂， 它们的氧还原活性高，与Pt/C催化剂相比价格低廉，是理想的阴极Pt/C 催化剂的替代物。同时，这类过渡金属簇硫族化合物具有很好的耐甲醇能 力，是理想的非铂耐甲醇阴极催化剂。Vante等人(文献l: N. Alonso Vante， W. Jaegermann, H. Tributsch， W. Honle， K. Yvon， J. Am. Chem. Soc. ， 109 (1987) 3251-3257)报道， 以高纯的过渡金属单质和硫族元素单质在高温(1000 1200°C)条件下发 生固相反应来制备过渡金属簇硫族化合物。此种方法制备的过渡金属簇硫 族化合物具有很好的氧还原活性。但是，反应条件苛刻，反应时间长，且 对反应物的纯度要求高。Tributsch禾口 Campbell等人(文献2: H. Tributsch， M. Bron, M. Hilgendorff， H. Schulenburg， I. Dorbandt， V. Eyert， P. Bogdanoff， S. Fiechter, J. Appl. Electrochem. 31 (2001) 739;专利1: S.A. Campbell US 7， 125， 820，B2)报道，以昂贵的金属羰基合物和硫族元素单质在104 180r有机溶剂中反应来制备过渡金属簇硫族化合物。此种方法制备的过渡金属簇硫族化合物为无定形结构，具有很好的氧还原活性。但其以昂贵的羰 基钌为前驱物制备，成本高且产率低。Hilgendorff等人(文献3: M. Hilgendorff， P. Bogdanoff， M. Bron， Proceedings of the Fuel cell systems of the world renewable energy congress VII， vol. 26， 2003， p. 227)报道的浸渍法制备的催化剂平均 粒径大，粒径分布宽，活性低。Bonnema皿等人(文献4: H. Bonnemann， W. Brijoux， R. Brinkmann， E. Dinjus， R. Fretzen， T. JouBen， B. Korall， Angew. Chem. 103 (1991) 1344)报道的胶体法制备工艺复杂，重复性差。目前应用于燃料电池的过渡金属簇硫族化合物催化剂研究最多的是钌 基过渡金属簇硫族化合物催化剂。而以其它过渡金属为活性中心的过渡金 属簇硫族化合物催化剂的研究相对较少。同时，现有的钌基过渡金属簇硫族化合物催化剂的活性与Pt/C催化剂 相比仍有很大差距，且制备方法复杂，相对成本高。Lee 等人(文献 5: K. Lee, L Zhang, J.J. Zhang, A novel methanol—tolerant Ir-Se chalcogenide electrocatalyst for oxygen reduction, J. Power Sources 165 (2007) 108-113)报道的Ir-Se催化 剂采用文献2的方法制备，以昂贵的羰基铱为前驱物制备，成本高且产率 和活性低。因此，开发一种活性更高且制备工艺简单、快速的以其它的单一过渡金 属或两种过渡金属为活性中心的过渡金属簇硫族化合物显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种过渡金属簇硫族化合物燃料电池阴极催化 剂及其制备。所制备的催化剂具有高的氧还原反应活性，与Pt/C催化剂相 比成本低。同时制备工艺流程简单、周期短，能将催化剂活性组分一次同 时负载于载体上，可制备高担载量的催化剂。催化剂制备过程中使用的溶 剂、还原剂和分散剂安全、无毒，对环境无污染。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为一种过渡金属簇硫族化合物燃料电池用阴极催化剂，所述催化剂以过 渡金属簇硫族化合物为活性组分，其通式为IrxXy，其中，X4或Te， x与y 的比为95: 5 20: 80;或其通式为Ir凡—J"其中，肿e， Co, Ni， Cu， Cr， Mo， W， Ti， Zr， Ta， Nb或V; X=S、 Se或Te， 0.05《x《0.95， l与y的比为95: 5 1: 10;催化剂中过渡金属簇硫族化合物含量为5 80%，余量为碳载体。所述过渡金属簇硫族化合物IrA中Ir与X的原子比为95: 5 1: 2。 所述过渡金属簇硫族化合物IrJVJy中0. 15〈x〈0. 85， 1与y的原子比为95: 5 1: 5。所述过渡金属簇硫族化合物催化剂中，过渡金属簇硫族化合物含量为10 60%，余量为碳载体。所述碳载的过渡金属簇硫族化合物催化剂IrxXy/C或IrxNhXy/C可按如 下过程制备，但并不仅限于此种制备方法，(1) 按所需比例将Ir和X的可溶性前驱物或Ir、 X的可溶性前驱物和 N的羰基合物溶解于体积比为95/5-80/20的乙二醇和水的混合物中，超声 混合均匀；加入碱液调溶液的pH值至9 14，得到溶液A;(2) 将碳载体和乙二醇按20 500ml乙二醇/lg载体的比例，超声混 合均匀，得到浆料B;(3) 将溶液A用微波连续或间歇加热1 30分钟，得到溶液C;所述 微波频段是1 3GHz，微波系统的输出功率是500W 1500W;(4) 按目的催化剂中活性组分与碳载体的比例，将浆料B与溶液C混 合，冷却至室温；对于制备IrxXy/C，然后加入盐酸、草酸、醋酸或硝酸调 pH值至0.5 6，得到浆料D;对于制备IrUy/C，然后向浆料B与溶液C 的混合液中鼓C02气体至体系的pH值恒定，继续鼓入C02气体2-3小时，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，得本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种过渡金属簇硫族化合物燃料电池用阴极催化剂，其特征在于：以过渡金属簇硫族化合物为活性组分， 其通式为Ｉｒ↓［ｘ］Ｘ↓［ｙ］，其中，Ｘ＝Ｓ或Ｔｅ，ｘ与ｙ的比为９５∶５～２０∶８０； 或其通式为Ｉｒ↓［ｘ］Ｎ↓［１－ｘ］Ｘ↓［ｙ］，其中，Ｎ＝Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂ或Ｖ；Ｘ＝Ｓ、Ｓｅ或Ｔｅ，０．０５≤ｘ≤０．９５，１与ｙ的比为９５∶５～１∶１０； 催化剂中过渡金属簇硫族化合物含量为５～８０％，余量为碳载体。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张华民，刘刚，钟和香，冯力中，王晓丽，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，上海汽车工业集团总公司，
类型：发明
国别省市：91
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