一种氢燃料电池合金催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种氢燃料电池合金催化剂的制备方法，包括：S1.将碳黑载体进行高温石墨化；S2、将石墨化碳载体加入酸中，加热并搅拌回流，过滤，烘干得到酸化碳载体；S3、将酸处理碳载体加入乙二醇溶液中混合，将钴盐溶于含聚乙二醇的水溶液中，并将水溶液缓慢加入到混合溶液中，调节混合溶液的pH至9

【技术实现步骤摘要】
一种氢燃料电池合金催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电催化
，尤其涉及一种氢燃料电池合金催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着化石能源的日渐枯竭，寻找可替代的新能源迫在眉睫。氢能作为一种高效、清洁、安全、可持续发展的二次能源近年来备受关注，氢能可以渗透到传统能源的各个方面，包括交通运输、长期储能、工业燃料、便携设备等领域。氢燃料电池在氢能利用效率、功率密度、排放等方面的优秀表现，被认为具有广阔的发展前景。
[0003]催化剂作为氢燃料电池的核心材料在整个燃料电池电堆成本中占很大一部分比重；而催化剂的初始活性和稳定性是衡量其性能的重要指标，在质子交换膜燃料电池的两极需要催化剂加快反应；目前针对催化剂的研究主要包括铂碳催化剂、铂合金催化剂、低铂催化剂和非铂催化剂等；由于载体腐蚀以及贵金属的迁移团聚等问题使得铂碳、及Pt合金等二元催化剂的稳定性较差。
[0004]对于铂合金催化剂，过渡金属的掺入可以提高催化剂的性能；等用过度金属Fe、Co、Ni进行掺杂提高了其合金催化剂的稳定性，但碳黑易腐蚀的劣势未能改变；因此，改善碳黑载体的稳定性，有利于Pt合金催化剂稳定性的提升；因此，开发出一种新的氢燃料电池合金催化剂及其制备方法，使其具有高初始活性的同时催化剂的稳定性得到显著提升成为研究的重中之重。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是在于克服、补充现有技术中存在的不足，提供一种氢燃料电池合金催化剂及其制备方法，本专利技术基于铂合金催化剂的基础上进行研究，通过碳黑载体的预处理及Pt、Co负载工艺的优化提升催化剂的膜电极性能，该催化剂以高温处理的石墨化碳为载体，Pt、Co为活性组分，通过在一定气氛下高温合金化所制备而成，制备出PtCo/C合金催化剂膜电极性能显著提升，同时催化剂耐久性得到显著提升。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种氢燃料电池合金催化剂的制备方法，其中：包括以下步骤：
[0008]S1.石墨化碳载体的制备：将碳黑载体置于管式炉中，在惰性气氛下加热至1400
‑
2000℃并保温；
[0009]S2、石墨化碳载体的酸处理：将石墨化碳载体加入酸中，加热并搅拌回流，然后过滤分离，之后将滤饼烘干得到酸化碳载体；
[0010]S3、过渡金属钴的负载：将步骤S2得到的酸化碳载体加入乙二醇溶液中混合得到混合溶液，然后将钴盐溶于含聚乙二醇的水溶液中，并将水溶液缓慢加入到上述混合溶液中，用氨水调节混合溶液的pH至9
‑
10，之后过滤分离，焙烧，得到Co3O4/C；
[0011]S4、贵金属铂的负载：将步骤S3得到的Co3O4/C溶于乙二醇溶液中，将六羟基合铂酸
二乙醇胺水溶液加入上述混合溶液中，然后通过酸调节混合溶液的pH至7
‑
8，将铂沉淀于Co3O4/C上，之后过滤分离，焙烧得到氢燃料电池PtCo/C催化剂。
[0012]优选的是，所述的氢燃料电池合金催化剂的制备方法，其中：步骤S1的保温时间为1
‑
6h；惰性气氛为Ar或者N2气氛。
[0013]优选的是，所述的氢燃料电池合金催化剂的制备方法，其中：步骤S2的酸为硫酸和硝酸的混合酸溶液，硫酸和硝酸摩尔比为1：3
‑
3：1，混合酸溶液的含酸总摩尔量为1
‑
5M/L；加热并搅拌回流具体为：加热至80
‑
100℃并搅拌回流2
‑
12h。
[0014]优选的是，所述的氢燃料电池合金催化剂的制备方法，其中：步骤S2过滤分离之后清洗，并控制清洗后滤液的电导率小于5μs/cm。
[0015]优选的是，所述的氢燃料电池合金催化剂的制备方法，其中：步骤S3具体为：
[0016]S31、将步骤S2的酸化碳载体加入到乙二醇溶液中，超声混合；
[0017]S32、将钴盐溶于含聚乙二醇的水溶液中，并缓慢加入到步骤S31的混合溶液中，搅拌2
‑
3h；
[0018]S33、用氨水调节步骤S32混合溶液的pH至9
‑
10；
[0019]S34、将步骤S33的悬浊液过滤分离，清洗，控制清洗后滤液的电导率小于5μs/cm；
[0020]S35、将步骤S34所得产物焙烧，得到Co3O4/C。
[0021]优选的是，所述的氢燃料电池合金催化剂的制备方法，其中：步骤S4具体为：
[0022]S41、将Co3O4/C溶于乙二醇溶液中，超声混合；
[0023]S42、将六羟基合铂酸二乙醇胺水溶液加入步骤S41的混合溶液中，搅拌2
‑
3h；
[0024]S43、用盐酸调节步骤S42的pH至7
‑
8，得到悬浊液；
[0025]S44、将步骤S43的悬浊液过滤分离，清洗，控制清洗后滤液的电导率小于5μs/cm；
[0026]S45、将步骤S44所得产物干燥；
[0027]S46、将步骤S45所得产物在氢气气氛下200
‑
500℃焙烧还原1
‑
2h，然后在Ar气氛下700
‑
1000℃焙烧1
‑
6h，得到氢燃料电池PtCo/C催化剂。
[0028]优选的是，所述的氢燃料电池合金催化剂的制备方法，其中：步骤S32中聚乙二醇的质量是钴盐的10
‑
20倍；步骤S33中氨水的浓度为1
‑
5M/L。
[0029]优选的是，所述的氢燃料电池合金催化剂的制备方法，其中：步骤S35中焙烧温度为350
‑
500℃，焙烧时间为1
‑
3h。
[0030]优选的是，所述的氢燃料电池合金催化剂的制备方法，其中：步骤S43中盐酸的浓度为1
‑
5M/L。
[0031]一种采用氢燃料电池合金催化剂的制备方法制备得到的氢燃料电池合金催化剂，其中：所述催化剂包括石墨化碳载体，以及负载在所述石墨化碳载体上的PtCo合金纳米粒子，所述PtCo合金纳米粒子的平均粒径为4～5nm。
[0032]本专利技术的优点：
[0033](1)本专利技术的氢燃料电池合金催化剂的制备方法，PtCo合金催化剂对现有PtCo合金催化剂担载工艺进行改进，采用石墨化的碳作为载体，并进行氧化处理，增加金属的锚定位，有利于Pt及Co的分散，更重要的是提高合金催化剂抗腐蚀性能及阳极催化剂的抗反极能力，提升了合金催化剂的稳定性。
[0034](2)本专利技术的氢燃料电池合金催化剂的制备方法，将钴盐溶于聚乙二醇溶液中，再
负载与石墨化碳载体上，有利于Co在石墨化碳载体上的分散，有利于Co和Pt充分接触、分散，从而有利于充分的PtCo合金化。
[0035](3)本专利技术的氢燃料电池合金催化剂的制备方法，先沉淀钴后沉淀铂的工艺，表面形成富Pt的合金催化剂，可以充分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢燃料电池合金催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.石墨化碳载体的制备：将碳黑载体置于管式炉中，在惰性气氛下加热至1400
‑
2000℃并保温；S2、石墨化碳载体的酸处理：将石墨化碳载体加入酸中，加热并搅拌回流，然后过滤分离，之后将滤饼烘干得到酸化碳载体；S3、过渡金属钴的负载：将步骤S2得到的酸化碳载体加入乙二醇溶液中混合得到混合溶液，然后将钴盐溶于含聚乙二醇的水溶液中，并将水溶液缓慢加入到上述混合溶液中，用氨水调节混合溶液的pH至9
‑
10，之后过滤分离，焙烧，得到Co3O4/C；S4、贵金属铂的负载：将步骤S3得到的Co3O4/C溶于乙二醇溶液中，将六羟基合铂酸二乙醇胺水溶液加入上述混合溶液中，然后通过酸调节混合溶液的pH至7
‑
8，将铂沉淀于Co3O4/C上，之后过滤分离，焙烧得到氢燃料电池PtCo/C催化剂。2.根据权利要求1所述的氢燃料电池合金催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S1的保温时间为1
‑
6h；所述惰性气氛为Ar或者N2气氛。3.根据权利要求1所述的氢燃料电池合金催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S2的酸为硫酸和硝酸的混合酸溶液，硫酸和硝酸摩尔比为1：3
‑
3：1，混合酸溶液的含酸总摩尔量为1
‑
5M/L；加热并搅拌回流具体为：加热至80
‑
100℃并搅拌回流2
‑
12h。4.根据权利要求1所述的氢燃料电池合金催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S2过滤分离之后清洗，并控制清洗后滤液的电导率小于5μs/cm。5.根据权利要求1所述的氢燃料电池合金催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S3具体为：S31、将步骤S2的酸化碳载体加入到乙二醇溶液中，超声混合；S32、将钴盐溶于含聚乙二醇的水溶液中，并缓慢加入到步骤S31的混合溶液中，搅拌2
‑
3h；...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金，蒋颉，孙馨越，徐琪，全小龙，郭凌云，饶超，郭福田，倪蓓，贾莉伟，李新华，
申请(专利权)人：无锡威孚环保催化剂有限公司，
类型：发明
国别省市：