碳基催化剂及其制备方法和应用以及氢燃料电池技术

本发明专利技术涉及碳基催化剂及其制备方法和应用以及氢燃料电池。所述碳基催化剂的X射线光电子能谱的O

【技术实现步骤摘要】
碳基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碳基催化剂及其制备方法和应用，本专利技术还涉及含有所述碳基催化剂的氢燃料电池。

技术介绍

[0002]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，因此燃料电池的动力学活化主要存在于阴极氧还原反应中，而活化极化是四种极化现象(欧姆极化、浓差极化、渗透极化和活化极化)中最大的，因此研发出本征活性更高的催化剂，对于提高燃料电池的效率越发重要。并且，由于铂贵金属其成本约占燃料电池总成本的40％，因此如何提高催化剂的长周期稳定性也具有重要意义。
[0003]催化剂载体的性质非常重要，它决定了催化剂的利用率、电子传递速率以及最终电极催化剂的性能。目前广泛使用的催化剂载体是VXC
‑
72导电碳黑和Ketjenblack导电碳黑，虽然表现出了较好的性能，但在高电位(＞1.1V)时仍会发生腐蚀，导致负载的催化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳基催化剂，该碳基催化剂含有碳质载体以及负载在所述碳质载体上的铂元素，其特征在于，该碳基催化剂的X射线光电子能谱的O
1s
谱峰中，在536.2
±
0.2eV存在第一特征峰。2.根据权利要求1所述的碳基催化剂，其中，以由X射线光电子能谱测定的O
1s
的总量为基准，该碳基催化剂中，由第一特征峰确定的O
1s
的含量为3
‑
5摩尔％，优选为3.5
‑
5摩尔％。3.根据权利要求1或2所述的碳基催化剂，其中，该碳基催化剂的X射线光电子能谱的O
1s
谱峰中，在532
±
0.4eV存在第二特征峰，在533.5
±
0.2eV存在第三特征峰；优选地，以由X射线光电子能谱测定的O
1s
的总量为基准，该碳基催化剂中，由第二特征峰确定的O
1s
与由第三特征峰确定的O
1s
的摩尔比为1.4
‑
2.2：1，优选为1.6
‑
2.1：1，更优选为1.7
‑
2：1。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的碳基催化剂，其中，以由X射线光电子能谱测定的C的总摩尔量为基准，该碳基催化剂的表面氧含量为5摩尔％以上，所述表面氧含量采用X射线光电子能谱法测定；优选地，该碳基催化剂的表面氧含量为5
‑
7摩尔％，优选为5.2
‑
6.2摩尔％。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的碳基催化剂，其中，以该碳基催化剂的总量为基准，所述铂元素的含量为0.1
‑
80重量％，所述碳质载体的含量为20
‑
99.9重量％；优选地，以该碳基催化剂的总量为基准，所述铂元素的含量为10
‑
60重量％，所述碳质载体的含量为40
‑
90重量％，所述碳质载体以碳元素计；更优选地，以该碳基催化剂的总量为基准，所述铂元素的含量为30
‑
45重量％，所述碳质载体的含量为55
‑
70重量％，所述碳质载体以碳元素计。6.根据权利要求1
‑
5中任意一项所述的碳基催化剂，其中，所述碳质载体为导电碳黑；优选地，所述碳质载体的比表面积为200
‑
2000m2/g，更优选为250
‑
1500m2/g。7.一种碳基催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：步骤S1、将所述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、将所述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、将所述第二碳基材料与硝酸接触，得到第三碳基材料；步骤S4、将所述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800
‑
1800℃；步骤S5、将所述碳质载体和铂前驱体分散在水相中，向水相中添加pH值调节剂，将水相的pH值调节为碱性，得到水分散液；步骤S6、将所述水分散液与还原剂接触，将至少部分铂前驱体还原为金属铂，所述还原剂为酸性有机还原剂，所述还原剂与所述铂前驱体的摩尔比为4
‑
1000：1，所述铂前驱体以铂元素计。8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，步骤S1中，所述有机溶剂为丙酮；优选地，步骤S1中，所述有机溶剂的温度为50
‑
70℃，所述浸泡的持续时间为5
‑
12小时。9.根据权利要求7所述的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王厚朋，顾贤睿，谢南宏，彭茜，张家康，张云阁，
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
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