纳米晶结构质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法技术

纳米晶结构质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，涉及高稳定性质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法。本发明专利技术解决了当今质子交换膜燃料电池催化剂性能衰减机理中存在的纳米级催化剂粒子中毒、燃料传输受阻及催化剂制备成本高的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高稳定性质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于其具有能量密度高、环境友好、携带方便等突出优点而被广泛研究。然而目前的质子交换膜燃料电池催化剂稳定性衰减的机理中存在的纳米级催化剂金属粒子中毒、醇类燃料传输受阻及催化剂制备成本高的问题；另外，金属纳米颗粒在碳载体上的迁移、团聚或溶解再沉积，造成催化剂电化学面积的降低，活性位的减少。
技术实现思路
本专利技术的目的为了解决现有质子交换膜燃料电池催化剂性能衰降的机理中存在的纳米级催化剂金属粒子中毒、醇类燃料传输受阻及催化剂制备成本高的问题；而提供了。本专利技术中是按以下步骤实现: 一、将阳离子型表面活性剂和载体溶于多元醇中，超声处理后机械搅拌，得到均一的混合物，混合物中阳离子型表面活性剂的浓度为O. 5 3倍临界胶束浓度，所述的载体为石墨烯、碳纳米管、XC-72炭黑、介孔碳或碳纤维，所述的阳离子型表面活性剂有十二烷基二甲基叔胺醋酸盐、十六烷基三甲基溴化铵、杂环类如咪唑啉、吗啉胍类、三嗪类衍生物中的一种；二、按金属前驱体盐中金属元素的总负载量的10% 60%向上述混合物中加入金属前驱体盐形成混合浆液，其中金属前驱体盐为Pd (C2H3O2) 2、PdCl2, PtCl4, AuC13、AgN03、IrCl3、 RhCl3、Na2PtCl6, Na2PdCl4, K2PtCl6, H2PdCl4, HAuCl4, H2IrCl6, H2PtCl6, K2PdCl4, KAuCl4, NaAuCl4, Na2IrCl6或K2IrCl6 ;三、将步骤二获得的混合浆液微波加热至反应完全，微波加热温度控制在80 160°C，然后经抽滤、洗涤、干燥处理后，即得到纳米晶结构质子交换膜燃料电池催化剂。该方法制备的催化剂与普通的单独催化剂纳米颗粒比较，具有抗毒化作用的优势晶面，同时有效地抑制催化剂的长大和团聚，保持了催化剂良好的稳定性。本专利技术中还可按以下步骤实现一、将阴离子型表面活性剂和载体溶于多元醇等溶剂中，超声处理后机械搅拌，得到均一的混合物，混合物中阴离子型表面活性剂的浓度为O. 5 3倍临界胶束浓度，所述的载体为石墨烯、碳纳米管、XC-72炭黑、介孔碳或碳纤维，所述的阴离子型表面活性剂为硬脂酸、 油酸、月桂酸、十二烷基硫酸钠、月桂醇硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或甘胆酸；二、按金属前驱体盐中金属元素的总负载量的10% 60%向上述混合物中加入金属前驱体盐，形成混合浆液，其中金属前驱体盐为 AuCl3、AgN03、IrCl3、RhCl3、Pd(C2H302) 2、PtCl4、PdCl2、Na2PtCl6、 Na2PdCl4, K2PtCl6, H2PdCl4, HAuCl4, H2IrCl6, H2PtCl6, K2PdCl4, KAuCl4, NaAuCl4, Na2IrCl6 或 K2IrCl6 ;三、将步骤二获得的混合浆液微波加热至反应完全，微波加热温度控制在80 160°C，然后经抽滤、洗涤、干燥处理后，即得到纳米晶结构质子交换膜燃料电池催化剂。该方法制备的催化剂与普通的单独催化剂纳米颗粒比较，具有抗毒化作用的优势晶面，同时有效地抑制催化剂的长大和团聚，保持了催化剂良好的稳定性。附图说明图I是具体实施方式十五中采用使用微波辅助多元法制得的金属载量为20%的纳米晶结构PtPd/c催化剂的透射电镜图。具体实施方式具体实施方式一本实施方式中是按以下步骤实现一、将阳离子型表面活性剂和载体溶于多元醇中，超声处理后机械搅拌，得到均一的混合物，混合物中阴离子型表面活性剂的浓度为O. 5 3倍临界胶束浓度， 所述的载体为石墨烯、碳纳米管、XC-72炭黑、介孔碳或碳纤维，所述的阳离子型表面活性剂有十二烷基二甲基叔胺醋酸盐、十六烷基三甲基溴化铵、杂环类如咪唑啉、吗啉胍类、三嗪类衍生物中的一种；二、按金属前驱体盐中金属元素的总负载量的20% 60%向上述混合物中加入金属前驱体盐，形成混合浆液，其中金属前驱体盐为Pd(C2H3O2)2、PdCl2, PtCl4, AuC13、AgNO3> IrCl3> RhCl3、Na2PtCl6, Na2PdCl4, K2PtCl6, H2PdCl4, HAuCl4, H2IrCl6, H2PtCl6, K2PdCl4, KAuCl4, NaAuCl4, Na2IrCl6或K2IrCl6 ;三、将步骤二获得的混合浆液微波加热至反应完全，微波加热温度控制在80 160°C，然后经抽滤、洗涤、干燥处理后，即得到纳米晶结构质子交换膜燃料电池催化剂。本实施方式方法制备催化剂具有纳米晶结构具有抗毒化作用的优势晶面，同时有效地抑制催化剂的长大和团聚，保持了催化剂良好的稳定性。具体实施方式二 本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一所述多元醇为乙二醇、丙二醇、丙三醇、1，3_丁二醇或季戊四醇。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三本实施方式中是按以下步骤实现一、将阴离子型表面活性剂和载体溶于多元醇中，超声处理后机械搅拌，得到均一的混合物，混合物中阳离子型表面活性剂的浓度为O. 5 3倍临界胶束浓度，所述的载体为XC-72炭黑、碳纳米管、介孔碳或碳纤维，所述的阴离子型表面活性剂为硬脂酸、油酸、月桂酸、十二烷基硫酸钠、月桂醇硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或甘胆酸；二、按金属前驱体盐中金属元素的总负载量的10% 60%向上述混合物中形成混合浆液，其中金属前驱体盐为 AuC13、AgNO3> IrCl3> RhCl3、Pd (C2H3O2) 2、PtCl4, PdCl2, Na2PtCl6, Na2PdCl4, K2PtCl6, H2PdCl4, HAuCl4, H2IrCl6, H2PtCl6, K2PdCl4, KAuCl4, NaAuCl4, Na2IrCl6 或 K2IrCl6 ；三、将步骤二获得的混合浆液微波加热至反应完全，微波加热温度控制在80 160°C，然后经抽滤、洗涤、干燥处理后，即得到纳米晶结构质子交换膜燃料电池催化剂。本实施方式方法制备催化剂具有的交错一维纳米晶树枝状网形结构可以控制金属粒子的溶解长大、团聚和奥斯特瓦尔德熟化过程；与普通的单独催化剂纳米颗粒比较具有抗毒化作用的优势晶面，同时有效地抑制催化剂的长大和团聚，保持了催化剂良好的稳定性。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤一所述多元醇为乙二醇、丙二醇、丙三醇、1，3_丁二醇或季戊四醇。其它步骤和参数与具体实施方式三相同。具体实施方式五本实施方式以制备纳米晶结构PtxPdy/C催化剂为例，以下是实现方案一、将十六烷基三甲基溴化铵和XC-72炭黑溶于已二醇溶剂中，在超声频率53kHz、 超声功率为200W条件下超声30min，以500转/分钟速度机械搅拌30min，得到均一的混合物，混合物中表面活性剂的浓度为8. 6X 10_3mOl/L(临界胶束浓度)；二、按金属的总负载量20% (质量)向上述混合物中加入PtCl4和K2PdCl4，形成混合浆液，其中所述PtCl4和 K2PdCl4中Pt和Pd的原子比为I : I ;三、将步骤二获得的混合浆液采用直接微波加热50s， 微波加热温度为160°C，然后本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米晶结构质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于纳米晶结构质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法是按以下步骤实现：一、将阳离子型表面活性剂和载体溶于多元醇等溶剂中，超声处理后机械搅拌，得到均一的混合物，混合物中阳离子型表面活性剂的浓度为0.5～3倍临界胶束浓度，所述的载体为石墨烯、碳纳米管、XC?72炭黑、介孔碳或碳纤维，所述的阳离子型表面活性剂有十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基二甲基叔胺醋酸盐、杂环类如咪唑啉、吗啉胍类、三嗪类衍生物中的一种；二、按金属前驱体盐中金属元素的总负载量的10％～60％向上述混合物中加入金属前驱体盐形成混合浆液，其中金属前驱体盐为Pd(C2H3O2)2、PdCl2、PtCl4、AuCl3、AgNO3、IrCl3、RhCl3、Na2PtCl6、Na2PdCl4、K2PtCl6、H2PdCl4、HAuCl4、H2IrCl6、H2PtCl6、K2PdCl4、KAuCl4、NaAuCl4、Na2IrCl6或K2IrCl6；三、将步骤二获得的混合浆液微波加热至反应完全，微波加热温度控制在80～160℃，然后经抽滤、洗涤、干燥处理后，即得到纳米晶结构质子交换膜燃料电池催化剂。...

【技术特征摘要】
1.纳米晶结构质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于纳米晶结构质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法是按以下步骤实现一、将阳离子型表面活性剂和载体溶于多元醇等溶剂中，超声处理后机械搅拌，得到均一的混合物，混合物中阳离子型表面活性剂的浓度为O. 5 3倍临界胶束浓度，所述的载体为石墨烯、碳纳米管、XC-72炭黑、介孔碳或碳纤维，所述的阳离子型表面活性剂有十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基二甲基叔胺醋酸盐、杂环类如咪唑啉、吗啉胍类、三嗪类衍生物中的一种；二、按金属前驱体盐中金属元素的总负载量的10% 60%向上述混合物中加入金属前驱体盐形成混合浆液，其中金属前驱体盐为 Pd (C2H3O2) 2、PdCl2、PtCl4、AuCl3' AgNO3> IrCl3> RhCl3' Na2PtCl6' Na2PdCl4' K2PtCl6,H2PdCl4, HAuCl4, H2IrCl6, H2PtCl6, K2PdCl4, KAuCl4, NaAuCl4, Na2IrCl6 或 K2IrCl6 ;三、将步骤二获得的混合浆液微波加热至反应完全，微波加热温度控制在80 160°C，然后经抽滤、洗涤、干燥处理后，即得到纳米晶结构质子交换膜燃料电池催化剂。2.根据权利要求I所述的纳米晶结构质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于步骤一所述多元醇为乙二醇、丙二醇、丙三醇、1，3-丁二醇或季...

【专利技术属性】
技术研发人员：初园园，郑家乐，谭小耀，曹俊，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：