本发明专利技术公开了高分散负载型纳米ＰｔＦｅ３Ｎ三元金属间化合物电催化剂的制备，制备过程包括两步：１）首先在水溶液中超声辅助法得到高分散负载型纳米ＰｔＦｅ３Ｎ属间化合物电催化剂的前驱体；２）将１）得到的前驱体在氨气气氛下热处理得到高分散负载型纳米ＰｔＦｅ３Ｎ三元金属间化合物电催化剂。本发明专利技术所制备得到的负载型纳米ＰｔＦｅ３Ｎ属间化合物电催化剂颗粒粒径为３－６ｎｍ，具有明显的电催化还原氧活性、电催化氧化甲酸活性及电催化氧化甲醇活性，本方法制备简单，适合批量生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种燃料电池用高分散负载型纳米PtFe3N三元金属间化合物电催化 剂的制备方法，属于材料科学
和电催化领域。
技术介绍
为解决经济发展与能源短缺、环境污染之间日益加剧的矛盾，开发清洁、高效、可 持续发展的新能源和可再生能源技术已十分紧迫。燃料电池直接将化学能转化为电能，具 有效率高、污染小、可靠性高及易维护等诸多优点，被誉为是继水力、火力和核能之后的第 四代发电装置，其承载着人类实现高效率和零排放发电的梦想。根据使用的电解质的不同， 燃料电池可以分为多种。Pt金属及其合金具有很高的化学稳定性和催化活性，是燃料电池、石油催化重整， 以及汽车尾气净化等领域广泛使用的催化剂。由于Pt的资源非常匮乏(地壳中的丰度为 5ppb)，价格昂贵，但是目前还未发现催化活性与Pt催化剂相当或更优、价格更便宜、资源 更丰富的催化剂，这使得催化剂成为了低温燃料电池实现商业化的最主要瓶颈。当前燃料 电池工作者主要致力于通过增加分散度(减小催化剂尺寸)、改变催化剂的组成和表面结 构、优化载体结构等，以增强Pt催化剂的活性、提高其稳定性和减少Pt的用量。Pt基合金 化在现阶段是一种主要的选择途径。Pt基合金主要可以分为两类，一类是无序固溶相Pt基 合金，常见的商用PtRu催化剂即是此类；另一类为有序的金属间化合物。Pt基金属间化合 物由于其长短程皆有序的结构及其他特点而较Pt基无序合金具有更好的催化活性、催化 选择性和稳定性。Pt基金属间化合物的制备一般通过高温热处理的方法(如氩弧熔炼等)来得到， 这些方法无法满足质子交换膜燃料电池对电催化剂的颗粒尺寸要求，制备负载型高分散纳 米尺度Pt基金属间化合物电催化剂更能难以实现。近年来，虽然制备Pt基金属间化合物 的方法取得了一定的进步，但还是难以得到理想纳米尺寸的Pt基金属间化合物，得到负载 型纳米尺寸Pt基金属间化合物更是鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种质子交换膜燃料电池用高分散负载型纳米PtFe3N三元 金属间化合物电催化剂的制备方法。本专利技术提出高分散负载型纳米PtFe3N三元金属间化合物电催化剂的制备方法，技 术方案分为两步1)按照Pt与Fe的原子比1 3将含Pt和含Fe的前驱体加入浓度大于lmol/L 的硫酸溶液中，待所加入的前驱体原料溶解后加入的乙二醇，将碳载体加入上述溶液中，超 声分散30min，其后水浴搅拌条件下滴加5mol L^1NaOH溶液调节pH至11，然后加入次亚磷 酸二氢钠，65°C超声水浴搅拌反应10小时后抽滤干燥得到高分散负载型纳米PtFe3N金属间化合物前驱体；2)将1)过程中制得的前驱体在氨气气氛下500-700°C热处理0. 5-3小时后得到高分散负载型纳米PtFe3N金属间化合物电催化剂。上述含Fe前驱体为硫酸亚铁，含钼前驱体为氯钼酸、四氯化钼，碳载体选择为 XC-72(美国Cabot公司)或CNT，碳载体的量根据所需制备催化剂中钼的载量来确定，硫酸 溶液与乙二醇的体积比为1 1-1 4，还原剂为次亚磷酸二氢钠，次亚磷酸二氢钠与金属 原子总量的摩尔比为100-120。本专利技术所制备得到的高分散负载型纳米PtFe3N金属间化合物电催化剂前驱体颗 粒粒径为l-2nm左右，经热处理后其颗粒尺寸为3-6nm，电化学测试表明高分散负载型纳米 PtFe3N金属间化合物电催化剂具有明显的电催化还原氧活性、电催化氧化甲酸活性及电催 化氧化甲醇活性，本方法制备简单，适合批量生产。附图说明图1为本专利技术高分散负载型纳米PtFe3N金属间化合物电催化剂的制备流程图；图2为实施例1中制得的负载型纳米PtFe3N金属间化合物前驱体的X射线衍射 图；图3为实施例1中制得的负载型纳米PtFe3N金属间化合物前驱体的透射射电镜 照片；图4为实施例1制得的负载型纳米PtFe3N金属间化合物电催化剂的X射线衍射 图；图5为实施例1制得的负载型纳米PtFe3N金属间化合物电催化剂的透射电镜照 片；图6为实施例1制得的负载型纳米PtFe3N金属间化合物电催化剂Pt4f、Fe 2p3/2 和N Is的X射线光电子能谱图；图7为本专利技术实施例1制得的负载型纳米PtFe3N金属间化合物电催化剂在0. Imol L-1 HClO4的循环伏安曲线；1 =N2饱和的HClO4 ；2 02饱和的HClO4 ；3 02饱和的HClO4,测试 过程一直通O2 ；图8为本专利技术实施例1制得的负载型纳米PtFe3N金属间化合物电催化剂在0. Imol HC104+0. 5mol Γ1 CH3OH 的循环伏安曲线;图9为本专利技术实施例1制得的负载型纳米PtFe3N金属间化合物电催化剂在0. Imol Γ1 HC104+0. 5mol Γ1 HCOOH 的循环伏安曲线；图10为实施例2制得的负载型纳米PtFe3N金属间化合物电催化剂的X射线衍射 图；图11为实施例5制得的负载型纳米PtFe3N金属间化合物电催化剂的X射线衍射 图；图12为实施例8中制得的负载型纳米PtFe3N金属间化合物电催化剂前驱体的透 射电镜照片。具体实施例方式实施例1合成过程参见图1 将51. 8mg氯钼酸(H2PtCl66H20)和83. 4mg硫酸亚铁 (FeS047H20)加入含6. OmL浓硫酸的100. OmL蒸馏水中，待溶解后加入100. OmL乙二醇，再加 入50. Omg碳粉(Vulcan XC-72)，超声分散30min，其后水浴搅拌条件下滴加5. Omol L^1NaOH 溶液调节PH至11，然后加入6. Og次亚磷酸二氢钠(NaH2PO2 H2O)，65°C超声水浴搅拌反应 10小时后，抽滤、干燥得到负载型纳米PtFe3N金属间化合物前驱体。所得前驱体的X射线 衍射图如图2所示，透射电镜照片如图3所示。从图2中可以看出所得负载型纳米PtFe3N 金属间化合物前驱体为Pt基无序合金，图3的透射电镜显示所得的负载型纳米PtFe3N金 属间化合物前驱体的颗粒粒径为l_2nm。将所得的前驱体在氨气气氛下600°C热处理3小 时后得到高分散负载型纳米PtFe3N金属间化合物电催化剂。所得负载型纳米PtFe3N金属 间化合物电催化剂的X射线衍射图如图4所示，透射电镜照片如图5所示。经过热处理后， X射线衍射图出现明显对应PtFe3N的衍射峰(JCPDS No. 01-089-4187)，透射电镜照片表明 热处理后得到的负载型纳米PtFe3N金属间化合物电催化剂的颗粒粒径在3-5nm范围内。对 热处理后得到的负载型纳米PtFe3N金属间化合物电催化剂进行了 Fe2p、Pt 4f、N Is的X 射线光电子能谱测试，图6为所得的负载型纳米PtFe3N金属间化合物电催化剂的Fe 2p.Pt 4f、N Is的X射线光电子能谱图。结果表明所得金属间化合物的元素比例接近金属间化合 物PtFe3NW化学计量比。采用传统三电极体系，标准氢电极(NHE)为参比电极，玻碳片作为辅助电极，玻 碳圆盘电极为工作电极并将所得电催化材料涂于其上，进行电化学测试，扫描速度为50mV s—1。图7给出了其在不同通气保护条件下0. Imol L—1 HClO4的循环伏安曲线，从图中看出 其表现出明显的电催化氧还原活性；图8为其在本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃料电池用高分散负载型纳米ＰｔＦｅ↓［３］Ｎ三元金属间化合物电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下两步：１）按照Ｐｔ与Ｆｅ的原子比１∶３将含Ｐｔ和含Ｆｅ的前驱体加入浓度大于１ｍｏｌ／Ｌ的硫酸溶液中，待溶解后加入乙二醇，将碳载体加入上述溶液中，超声分散３０ｍｉｎ，其后水浴搅拌条件下滴加５ｍｏｌ Ｌ↑［－１］ＮａＯＨ溶液调节ｐＨ至１１，然后加入还原剂次亚磷酸二氢钠，６５℃超声水浴搅拌反应１０小时后抽滤干燥得到高分散负载型纳米ＰｔＦｅ↓［３］Ｎ金属间化合物前驱体；２）将１）过程中制得的前驱体在氨气气氛下５００－７００℃热处理０．５－３小时后得到高分散负载型纳米ＰｔＦｅ↓［３］Ｎ金属间化合物电催化剂。
【技术特征摘要】
一种燃料电池用高分散负载型纳米PtFe3N三元金属间化合物电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下两步1)按照Pt与Fe的原子比1∶3将含Pt和含Fe的前驱体加入浓度大于1mol/L的硫酸溶液中，待溶解后加入乙二醇，将碳载体加入上述溶液中，超声分散30min，其后水浴搅拌条件下滴加5mol L 1NaOH溶液调节pH至11，然后加入还原剂次亚磷酸二氢钠，65℃超声水浴搅拌反应10小时后抽滤干燥得到高分散负载型纳米PtFe3N金属间化合物前驱体；2)将1)过程中制得的前驱体在氨气气氛下500 700℃热处理0.5 3小时后得到高分散负载型纳米PtFe3N金属间化合物电催化剂。2.按照权利要求1的一种燃料电池用高分散负载型纳米PtFe3N三元金属间化合物电...
【专利技术属性】
技术研发人员：李翔，夏定国，安丽，张丽娟，刘淑珍，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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