【技术实现步骤摘要】
铂碳催化剂及其制备方法和应用以及氢燃料电池
[0001]本专利技术涉及一种铂碳催化剂及其制备方法和应用，本专利技术还涉及采用该铂碳催化剂的氢燃料电池。
技术介绍
[0002]在过去几十年中，质子交换膜燃料电池技术取得了长足的发展，目前燃料电池汽车的最长里程可达700km。但是，燃料电池的商业化仍处在起步阶段，进一步发展仍受以下几方面的技术制约：高成本、低寿命和有限的能量密度。
[0003]众所周知，质子交换膜燃料电池中阴极氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction，ORR)动力学速度缓慢，其交换电流密度在10
‑6A/cm2，远远小于阳极的氢氧化交换电流密度，极化现象的存在使得电池实际电位远低于理论值。而对于氧还原反应最有效的催化剂为贵金属铂，其成本约占燃料电池总成本的40％。根据美国能源部对燃料电池寿命的最新要求，车用电池在8000小时使用后的性能损失不能超过10％，而公交车的使用寿命为10000小时。经过多年的研究发现，催化剂催化活性的衰减是造成燃料电池性能衰减的主要原因之一，因此，研...
【技术保护点】
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种铂碳催化剂，该铂碳催化剂含有碳质载体以及负载在所述碳质载体上的金属铂颗粒，其特征在于，该铂碳催化剂中，至少80％的金属铂颗粒的颗粒尺寸在3
‑
5nm的范围内，该铂碳催化剂催化CO电氧化的起始电压低于0.8V。2.根据权利要求1所述的铂碳催化剂，其中，该铂碳催化剂中，80
‑
85％的金属铂颗粒的颗粒尺寸在3
‑
5nm的范围内，该铂碳催化剂催化CO电氧化的起始电压为0.75
‑
0.79V。3.根据权利要求1或2所述的铂碳催化剂，其中，以该铂碳催化剂的总量为基准，以元素计，该铂碳催化剂中，铂的含量为40
‑
80重量％，碳质载体的含量为20
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60重量％，所述碳质载体以碳元素计；优选地，以该铂碳催化剂的总量为基准，所述铂元素的含量为60
‑
70重量％，所述碳质载体的含量为30
‑
40重量％，所述碳质载体以碳元素计。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的铂碳催化剂，其中，所述碳质载体为导电碳黑。5.一种铂碳催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：步骤S1、将碳基原料用有机溶剂浸泡，得到第一碳基材料，所述有机溶剂为酮溶剂；步骤S2、将第一碳基材料与氧化剂接触，得到第二碳基材料，所述氧化剂为选自过氧化物中的一种或两种以上；步骤S3、将第二碳基材料与硝酸接触，得到第三碳基材料；步骤S4、将第三碳基材料在非活性气氛中进行焙烧，得到碳质载体，所述焙烧的温度为300
‑
600℃；步骤S5、将所述碳质载体、铂前驱体和络合剂用超声波分散在耦合溶剂中，得到第一分散液，所述耦合溶剂为第一耦合溶剂或者第二耦合溶剂，所述第一耦合溶剂含有水和至少一种C2‑
C8的多元醇，所述第二耦合溶剂含有至少两种C2‑
C8的多元醇，其中，铂前驱体的摩尔浓度为C0，步骤S5得到的第一分散液的液相中的铂的摩尔浓度为C1，C1/C0＜0.2，优选为0.05
‑
0.15；步骤S6、向所述第一分散液中添加pH值调节剂，将所述第一分散液的pH值调节为碱性，得到第二分散液；步骤S7、在非活性气氛中，将所述第二分散液与还原剂接触，将至少部分铂前驱体还原为金属铂，至少部分还原剂为甲酸。6.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤S1中，所述有机溶剂为丙酮；优选地，步骤S1中，所述有机溶剂与所述碳基原料的体积比为1
‑
3：1；优选地，步骤S1中，所述有机溶剂的温度为50
‑
70℃，所述浸泡的持续时间为5
‑
12小时。7.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤S2中，所述氧化剂为过氧化氢；优选地，步骤S2中，所述氧化剂与所述第一碳基材料的质量比为1
‑
3：1；优选地，步骤S2中，所述接触的温度为50
‑
70℃，所述接触的持续时间为5
‑
12小时。8.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤S3中，硝酸与所述第二碳基材料的质量比为1
‑
3：1，所述硝酸以HNO3计；优选地，步骤S3中，所述接触的温度为50
‑
70℃，所述接触的持续时间为5
‑
12小时。9.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤S4中，所述焙烧在300
‑
400℃的温度下进行；优选地，步骤S4中，所述焙烧的持续时间为5
‑
12小时。10.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤S5中，所述多元醇为乙二醇、1,2
‑
技术研发人员：谢南宏，王厚朋，顾贤睿，张家康，彭茜，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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