一种电催化剂在质子交换膜燃料电池阳极中的应用是一种电催化剂在质子交换膜燃料电池阳极中的应用。催化剂的特征为：以PdxPty合金以及加入第IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIII和IB族中的一种或几种金属元素作为活性组分。活性组分的含量占催化剂重量的5％-70％，其余为导电载体，其中Pd金属的含量占金属总重量的50％-95％。制备方法采用液相还原法，将主要活性组分Pd金属前驱体溶于水和醇的混合溶液中，加入氨水作为络合剂，再加入其他活性组分前驱体和导电载体；用强还原剂将活性组分还原出来，担载到导电导体上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及质子交换膜燃料电池，具体地说是一种具有高活性和优异抗CO性能的PdPt基质子交换膜燃料电池阳极催化剂的应用。
技术介绍
燃料电池是一种能直接将化学能转化成电能的发电装置。由于其不受卡诺循环限制，燃料电池具有能量转换效率高的特点，同时燃料电池还具有无噪声、低排放甚至零排放等环境友好的特点，因此燃料电池的研究越来越引起人们的关注。特别是质子交换膜燃料电池，除了具有燃料电池普遍的优点外，它由于工作温度低、可快速启动、比功率密度大、重量和体积小的优点，成为便携式电源和动力电源的理想候选，近年来成为燃料电池的研究执占。氢气是质子交换膜燃料电池(PEMFC)最理想的燃料，Pt/C催化剂是目前活性最好的氢氧化催化剂。然而氢气中微量甚至痕量的CO气就会对Pt/C催化剂产生毒化作用，使其氢氧化活性大大降低，而工业上的氢气主要来源于天然气、甲醇和其他液体燃料的重整， 其不可避免的存在微量C0，因此，CO对催化剂的毒化作用是阻碍PEMFC商业化进程的一个重要因素。CO使Pt中毒主要源于CO在Pt上的吸附自由能小于H2在Pt上的吸附自由能，在有CO存在的氢气中，CO优先吸附在Pt的催化活性位上，阻止了 H2在Pt活性位上的吸附从而大大降低了 Pt的氢氧化活性。近年来，人们报道了一些抗CO的Pt基合金催化剂，如PtRu/C、PtAu/C、PtSn/ C、PtNi/C、PtCo/C、PtW/C、PtMo/C 等二元合金催化剂和 PtRuNi/C、PtRuIr/C、PtRuW/C、 PtRuMo/C、PtAuFe/C等三元合金催化剂。PtRu/C及其三元合金是目前比较理想的抗CO毒化的阳极催化剂，已经进行了商业化生产。M. Gotz 等人(文献 1 Binary and ternary anode catalyst formulationsincluding the elements W,Sn and Mo for PEMFCs operated on methanol orreformate gas,Electrochimica Acta 43(1998)3637)考察了 Pt 与 Ru、W、Sn、Mo 等元素形成的二元或三元合金催化剂的抗CO性能，二元催化剂中PtRu/C具有最好的抗CO性能， PtRuff/C的抗CO性能优于PtRu/C。Yongmin Liang 等人(文献 2 -Preparation and characterization ofcarbon-supported PtRuIr catalyst with excellent CO—tolerant performance forproton-exchange membrane fuel cells,Journal of Catalysts 238 (2006)468) 用微波辅助乙二醇法制备了 PtRuIr/C，表现出了优于商业化PtRu/C催化剂。尽管如此，PtRu基电催化剂的性能离燃料电池的商业化应用还存在着距离，还有一些研究者制备了含有Fe、Ni的抗CO催化剂，其抗CO性能非常好。张华民等人(文献3 “一种高活性PtNi基质子交换膜燃料电池阳极催化剂”， CN1832233A)报道了 PtNi基抗CO阳极催化剂，其中PtRuNi/C催化剂的抗CO性能优于商业化PtRu/C催化剂。Li Ma 等人(文献 4 :A novel carbon supported PtAuFe as CO-tolerant anodecatalystfor proton exchange membrane fuel cells, Catalysis Communications 8(2007)921)报道了 PtAi^e/C抗CO阳极催化剂，当金属质量比为Pt Au Fe = 20 0.5 2. 5时，催化剂表现出优异的抗CO性能。但是由于加入了 Fe、Ni等活泼元素，在燃料电池环境下，这些活性组分非常容易流失，造成抗CO性能的下降，甚至流失的离子可能造成整个电池的失效。因此，在i^、Ni基催化剂中，其稳定性无法满足商业化应用。Amanda C. Garcia 等人(文献 5 :C0 tolerance of PdPt/C and PdPtRu/Canodes for PEMFC, Electrochimica Acta 53(2008)4309)报道了 PtPd/C 和 PtPdRu/C 催化剂具有较好的抗CO性能，但是在Pt含量较低，Pd含量较高时，得到的催化剂的颗粒较大。Pt Pd =1 9和1 4的时候颗粒平均尺寸均大于8nm。Τ· i. Schmidt 等人(文献 6 :0n the CO tolerance of novel colloidal PdAu carbon electrocatalysts,Journal of Electroanalytical Chemistry 501 (2001) 132)报道了 PdAu催化剂具有抗CO性能，但是距离商业化应用还有很大差距。因此，开发低成本、稳定性好、抗CO性能优良的阳极催化剂是质子交换膜燃料电池商业化急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种Pd-Pt基电催化剂在质子交换膜燃料电池阳极的应用，催化剂的制备工艺过程简单，不需要热处理，能将各种活性组分一次同时负载到载体上，合金化程度高。本催化剂用于质子交换膜燃料电池的阳极，对于纯H2燃料和含CO的富 H2燃料，该催化剂均能表现出优异的氢氧化活性。本专利技术的具体技术路线如下一种高活性的PdPt基质子交换膜燃料电池用阳极电催化剂，活性组分中至少具有Pd和Pt元素，其中Pd占活性组分的比例不低于50% -95%,Pt元素的含量占活性组分的5% _50%，其他金属元素占活性组分的比例不高于15%，催化剂中活性组分占催化剂的 5% _70%，其余为导电载体。所述催化剂的制备采用液相还原沉积法，其过程如下，1)将Pd的可溶性前驱体按0. I-Img Pd/mL溶剂的比例配制Pd溶液，按摩尔比为 Pd NH3 · H2O=I 4-10的量向溶液中加入37wt%浓氨水作为络合剂，搅拌2-5min，得到无色溶液A ；2)将Pt的可溶性前驱体按1-lOmgPt/mL溶剂的比例配制Pt溶液，按Pd与Pt质量比为1-19的比例向溶液A中加入Pt溶液，搅拌2-5min ；或者，将Pt的可溶性前驱体按1-lOmgPt/mL溶剂的比例配制Pt溶液，按Pd与Pt 质量比为1-19的比例向溶液A中加入Pt溶液，搅拌2-5min;再向溶液中加入助剂金属前驱体的溶液，搅拌2-5分钟；助剂金属盐溶液是将助剂金属的可溶性前驱体按I-IOmg助剂金属/mL溶剂的比例配制而成；3)按5-2000mL溶液/IOOmg导电载体的比例向步骤2)所得溶液加入导电载体，搅拌10-30分钟并在超声水浴震荡20-60min使其分散均勻，得到混合液B ；4)按5_50mg还原剂/mg金属的比例向混合液B中加入强还原剂的溶液，强还原剂的溶液质量浓度5-10mg/mL，搅拌3- ，沉降，洗涤，分离，在真空干燥箱中60°C-10(TC干燥 12-40h，得电催化剂。催化剂本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种电催化剂在质子交换膜燃料电池阳极中的应用，其特征在于：所述电催化剂由活性组分和载体组成，活性组分为Ｐｄ、Ｐｔ两种元素、或Ｐｄ、Ｐｔ两种元素与助剂金属第ⅢＢ、ⅣＢ、ⅤＢ、ⅥＢ、ⅦＢ和ⅠＢ族中的一种或多种作为活性组分，活性组分的含量占催化剂重量的５％－７０％，其余为导电载体；活性组分Ｐｄ元素的含量占活性组分重量的５０％－９５％，Ｐｔ元素的含量占活性组分重量的５％－５０％，其他金属元素占活性组分重量的比例≤１５％；所述电催化剂采用液相还原沉积法制备获得，具体步骤如下：１）将Ｐｄ的可溶性前驱体按０．１－１ｍｇ Ｐｄ／ｍＬ溶剂的比例配制Ｐｄ溶液，按摩尔比为Ｐｄ∶ＮＨ３·Ｈ２Ｏ＝１∶４－１０的量向溶液中加入３７ｗｔ％浓氨水作为络合剂，搅拌２－５ｍｉｎ，得到无色溶液Ａ；２）将Ｐｔ的可溶性前驱体按１－１０ｍｇＰｔ／ｍＬ溶剂的比例配制Ｐｔ溶液，按Ｐｄ与Ｐｔ质量比为１－１９的比例向溶液Ａ中加入Ｐｔ溶液，搅拌２－５ｍｉｎ；或者，将Ｐｔ的可溶性前驱体按１－１０ｍｇＰｔ／ｍＬ溶剂的比例配制Ｐｔ溶液，按Ｐｄ与Ｐｔ质量比为１－１９的比例向溶液Ａ中加入Ｐｔ溶液，搅拌２－５ｍｉｎ；再向溶液中加入助剂金属前驱体的溶液，搅拌２－５分钟；助剂金属盐溶液是将助剂金属的可溶性前驱体按１－１０ｍｇ助剂金属／ｍＬ溶剂的比例配制而成；３）按５－２０００ｍＬ溶液／１００ｍｇ导电载体的比例向步骤２）所得溶液加入导电载体，搅拌１０－３０分钟并在超声水浴震荡２０－６０ｍｉｎ使其分散均匀，得到混合液Ｂ；４）按５－５０ｍｇ还原剂／ｍｇ金属的比例向混合液Ｂ中加入强还原剂的溶液，强还原剂的溶液质量浓度５－１０ｍｇ／ｍＬ，搅拌３－５ｈ，沉降，洗涤，分离，在真空干燥箱中６０℃－１００℃干燥１２－４０ｈ，得电催化剂。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张华民，唐永福，钟和香，马原蔚，徐婷，金虹，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：91
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