铂钴合金碳催化剂及其制备方法技术

一种铂钴合金碳催化剂及其制备方法，属于质子交换膜燃料电池催化剂领域。铂钴合金碳催化剂的制备方法包括：在铂碳催化剂的表面形成吸附有Co

【技术实现步骤摘要】
铂钴合金碳催化剂及其制备方法


[0001]本申请涉及质子交换膜燃料电池催化剂领域，具体而言，涉及一种铂钴合金碳催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其在利用清洁和可再生能源来应对环境危机方面的巨大潜力而受到广泛关注。然而，其阴极氧还原反应(ORR)的动力学缓慢导致了PEMEC技术的发展瓶颈。目前商业化的Pt/C催化剂，依然存在成本高昂和性能稳定性不佳的特点。因此，直至铂基电催化剂在铂利用率、质量活性(MA)和耐久性方面有明显提升，该催化剂才能用于PEMFC的广泛应用。
[0003]目前使用最多的研究策略是用引入过渡金属合金化铂来降低催化剂的成本，同时还可以通过调整吸附物质的键合强度和铂原子的d带位置来提高ORR性能。根据文献报道，铂基合金比纯铂性能更好，其中铂钴合金因其降低成本和突出的ORR性能而最具吸引力。但是目前PtCo/C催化剂存在如下问题：合成后获得的PtCo合金颗粒粒径大、粒径不可控，分散不均等问题。如何利用现有设备来克服以上不足，发展一种绿色环保且成本低、粒径可控、合金化程度高的碳负载铂钴合金催化剂合成方法，是在促进燃料电池产业化过程中最关键的问题。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种铂钴合金碳催化剂及其制备方法，其能够兼顾缓解现有的PtCo/C催化剂中PtCo合金颗粒粒径大、粒径不可控、分散不均的问题。
[0005]本申请的实施例是这样实现的：
[0006]在第一方面，本申请示例提供了一种铂钴合金碳催化剂的制备方法，其包括：在铂碳催化剂的表面形成吸附有Co
2+
的有机聚合物层，作为前驱体。
[0007]将前驱体于还原性气氛中，第一次升温至600
‑
800℃保温1
‑
2h，降温至室温，获得表面形成有不稳定单质钴的合金中间产物，且最外层有由有机聚合物层裂解获得的碳层。
[0008]将中间产物酸洗以去除单质钴，干燥，然后在还原性气氛中，第二次升温至300
‑
500℃保温至少1h，获得铂钴合金碳催化剂。
[0009]本申请提供的铂钴合金碳催化剂的制备方法，利用有机聚合物层均匀吸附Co
2+
，以在还原性气氛、在600
‑
800℃热处理1
‑
2h时，不仅可使Co
2+
被还原为Co，且使Co在上述高温下与Pt合金化快速反应生成均匀分散在碳载体表面的铂钴合金纳米颗粒，而且有机聚合物层裂解形成少量碳层位于最外侧且很薄，碳层的形成可抑制形成的铂钴合金纳米颗粒在上述合金化的过程中迁移、团聚，从而控制其粒径大小以提升其电化学稳定性，同时在还原热处理过程中可能会出现一些不稳定的钴单质，因此需要在一定条件下进行酸洗以避免单质钴影响最终的性能，同时由于酸洗过程中可能会破坏部分合金，因此在300
‑
500℃低温热处理，以使其进一步合金化、致密化，同时由于低温热处理温度低，因此在促进其进一步合金
化过程中不会造成团聚，导致粒径变大。通过上述方法最终获得粒径可控、合金化程度高、分散性良好的铂钴合金碳催化剂。
[0010]可选地，降温的速率为5
‑
20℃/min。
[0011]可选地，第一次升温的升温速率为5
‑
10℃/min。
[0012]可选地，第二次升温的升温速率为5
‑
10℃/min。
[0013]可选地，第二次升温至300
‑
500℃保温1
‑
2h。
[0014]可选地，有机聚合物层包括聚多巴胺层或三聚氰胺三聚氰酸络合物层。
[0015]可选地，有机聚合物层为聚多巴胺层，在铂碳催化剂的表面形成吸附有Co
2+
的有机聚合物层包括：
[0016]将铂碳催化剂、可溶性钴盐、水和多元醇混合并破碎分散后，获得悬浊液。
[0017]调节悬浊液的pH值为8
‑
10，加入多巴胺，搅拌反应至少10h，过滤，干燥，获得前驱体。
[0018]可选地，水和多元醇按照质量比为(1:1)
‑
(7:1)混合所得。
[0019]可选地，多元醇包括乙二醇、丙二醇、丙三醇、丁二醇、异戊二醇中的至少一种。
[0020]可选地，铂碳催化剂与多巴胺的添加质量比为1：0.01
‑
0.2。
[0021]可选地，酸洗包括：采用浓度为0.2mol/L
‑
1mol/L的硝酸清洗0.5
‑
1h。
[0022]在第二方面，本申请示例提供了一种铂钴合金碳催化剂，其由本申请第一方面提供的制备方法制得。
[0023]本申请提供的利用上述制备方法制得的铂钴合金碳催化剂，不仅合金化程度高，同时铂钴合金纳米颗粒较为均匀分散在碳载体上，同时获得的铂钴合金纳米颗粒粒径均一且细小，获得的铂钴合金碳催化剂的催化性能佳。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0025]图1为本申请实施例1制备的铂钴合金碳催化剂的TEM图；
[0026]图2为本申请实施例1制备的铂钴合金碳催化剂的XRD图；
[0027]图3为本申请对比例1制备的铂钴合金碳催化剂的TEM图；
[0028]图4为实施例1制备的铂钴合金碳催化剂和JM40％铂碳的LSV性能图。
具体实施方式
[0029]下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0030]以下针对本申请实施例的铂钴合金碳催化剂及其制备方法进行具体说明：
[0031]本申请提供一种铂钴合金碳催化剂的制备方法，其包括：
[0032]S1、在铂碳催化剂的表面形成吸附有Co
2+
的有机聚合物层，作为前驱体。可选地，有机聚合物层包括聚多巴胺层或三聚氰胺三聚氰酸络合物层。二者络合效果佳，均可均匀且有效的吸附Co
2+
。
[0033]在一些可选地实施例中，有机聚合物层为聚多巴胺层，在铂碳催化剂的表面形成吸附有Co
2+
的有机聚合物层包括：
[0034]S11、将铂碳催化剂、可溶性钴盐、水和多元醇混合并破碎分散后，获得悬浊液。
[0035]采用铂碳催化剂、可溶性钴盐、水和多元醇液相混合并破碎分散，可使铂碳催化剂、可溶性钴盐充分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铂钴合金碳催化剂的制备方法，其特征在于，包括：在铂碳催化剂的表面形成吸附有Co
2+
的有机聚合物层，作为前驱体；将所述前驱体于还原性气氛中，第一次升温至600
‑
800℃保温1
‑
2h，降温至室温，获得表面形成有不稳定单质钴的合金中间产物，且最外层有由有机聚合物层裂解获得的碳层；将所述中间产物酸洗以去除所述单质钴，干燥，然后在还原性气氛中，第二次升温至300
‑
500℃保温至少1h，获得所述铂钴合金碳催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述降温的速率为5
‑
20℃/min。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一次升温的升温速率为5
‑
10℃/min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二次升温的升温速率为5
‑
10℃/min；可选地，所述第二次升温至300
‑
500℃保温1
‑
2h。5.根据权利要求1
‑
4任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述有机聚合物层包括聚多巴胺层或三聚氰...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭豪，范书琼，陈胜，吴丹，管强强，王秀，米诗阳，朱威，
申请(专利权)人：江苏擎动新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：