一种质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法技术

本发明专利技术提供一种质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，包括以下步骤：将贵金属卤化物溶液和炭黑混合，调pH值至2.5~10.5后进行超声波搅拌，得到前驱体液；所述贵金属卤化物为铂卤化物或铂卤化物和钌卤化物的混合物；将所述前驱体液加入硼氢化钠溶液中，进行超声波搅拌后得到混合液；将所述混合液静置、过滤、洗涤和干燥，得到质子交换膜燃料电池催化剂。该方法制得的质子交换膜燃料电池催化剂粒度均匀，电化学性能高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及催化剂领域，尤其涉及。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种新型的能够将化学能直接转换成电能的装置。由于质子交换膜电池无转动部件的内能消耗，不经过燃烧，能量转化效率不受卡诺循环限制，因此其具有较高的能量转换效率。并且，质子交换膜电池采用清洁能源，如氢气和甲醇等，无硫氧化物和氮化物排放，对环境无危害，环保性高。质子交换膜电池还具有工作条件温和，体积小，重量轻，安全耐用的特点，被广泛用作移动电源，其还是理想的动力电源。目前，对于质子交换膜燃料电池的研制越来越受到各国的重视。质子交换膜燃料电池包括两个电极和介于两个电极之间的质子交换膜，电极包括支撑层和覆于支撑层表面的电催化剂。现有的质子交换膜燃料电池催化剂主要为钼或钼钌合金。电催化剂的作用在于催化氢气(或含氢重整气)和氧气发生电化学反应，电催化剂对电池活性有重要影响。电催化剂的性能与其制备方法密切相关，现有技术提供了多种催化剂的制备方法，较为常用的为以下几种:浸溃法，其是制备载体金属催化剂的最常用方法[J.B.Goodenough, A.Hamnett, B.J.Kemmedy, ETC.Electrochimica Acta, Voll5, N0.lpp.199-207，1990]。其基本操作过程为:将载体放入金属盐的溶液中充分浸溃，然后加入还原剂还原金属离子。金属蒸汽法[吴世华，杨树军，王序昆等，石油化工，18 (6)，361，1989]，其是先将金属汽化，再使金属凝聚到载体表面上，这样可以制备出金属分散度更高，活性更好的催化剂。金属离子配合物氧化还原法[Masahiroffatanabe, Makoto Uchida, SatoshiMotoo, J.Electroanal.Chem.229 (1987) 395-406],该方法是将金属离子与还原态配位离子形成配合物，然后加入氧化剂，氧化配体和金属离子，形成亚稳态溶液。一定条件下，加入载体，金属在载体上沉积，形成催化剂微粒。纳米金属簇合成法，该方法是一种全新的方法[Schmidt, M.Noeske, H.A.Gasteiger, R.J.Behm, J.Electrochem.Soc., Vol.145, N0.3, Marchl998]，在合适的有机相中，金属离子和还原剂反应，在稳定剂存在条件下，生成纳米金属簇。模板[Jung, Y.S.;Lee, J.H.;Lee, J.Y.;Ross, C.A.Nan0.Lett.2010，10，3722-3726]和表面活性剂法[Sakamoto, Y.; Fukuoka, A.;Higuchi, T.;Shimomura, N.; Inagaki, S.; Ichikawa, M.J.Phys.Chem.B2004, 108, 853-858]，上述两种方法可以用来合成具有一定几何特征的催化剂。一般认为钼微粒应在4纳米范围，呈非晶体状态，催化剂表现的电化学活 性 最 好[Masahiro ffatanabe, Makoto Uchida, Satoshi Motoo,J.Electroanal.Chem.229 (1987) 395-406]。但上述方法均很难制备微观状态均匀的催化剂，其得到的催化剂一般会产生金属粒子的聚集、催化剂粒度均匀度下降，导致电化学性能较低。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供，该方法制得的质子交换膜燃料电池催化剂粒度均匀，电化学性能高。本专利技术提供了，包括以下步骤:A)将贵金属卤化物溶液和炭黑混合，调pH值至2.5 10.5后进行超声波搅拌，得到前驱体液；所述贵金属卤化物为钼卤化物或钼卤化物和钌卤化物的混合物； B)将所述前驱体液加入硼氢化钠溶液中，进行超声波搅拌后得到混合液；C)将所述混合液静置、过滤、洗涤和干燥，得到质子交换膜燃料电池催化剂。优选的，所述钼卤化物为氯钼酸、氯钼酸钠、氯钼酸钾、溴钼酸和碘钼酸中的一种或多种；所述钌卤化物为三氯化钌、氯钌酸钠、氯钌酸钾、溴钌酸和碘钌酸中的一种或多种。优选的,所述贵金属卤化物溶液的中贵金属离子的浓度为0.5g/L 10g/L。优选的，所述步骤A)中，采用氨水调pH值至2.5 10.5。优选的，步骤A)中所述炭黑与所述贵金属卤化物的质量比为100:(2(Γ75)。优选的，所述硼氢化钠的浓度为10g/L 100g/L。优选的，所述硼氢化钠与贵金属卤化物的摩尔比为(2 10):1。优选的，所述硼氢化钠与贵金属卤化物溶液的体积比为(0.0007、.8):1。优选的，所述步骤B)的超声波搅拌时间为0.5 lh。优选的，所述步骤A)的超声波搅拌时间为0.5 lh。与现有技术相比，本专利技术将贵金属卤化物溶液和炭黑混合，调pH值至2.5 10.5后进行超声波搅拌，得到前驱体液；将所述前驱体液加入硼氢化钠溶液中，进行超声波搅拌后得到混合液；将所述混合液静置、过滤、洗涤和干燥，得到质子交换膜燃料电池催化剂；所述贵金属卤化物为钼卤化物或钼卤化物和钌卤化物的混合物；本专利技术改变了还原剂硼氢化钠溶液的加入方式，即将前驱体液加入硼氢化钠溶液中，辅以超声波搅拌，可在短时间内生成大量贵金属晶核，控制了贵金属晶核的生成速度，减小了贵金属晶核长大的几率；同时通过调节金属卤化物溶液的PH值，使贵金属卤化物生成沉淀物，生成的沉淀物在被还原前吸附在载体炭黑上，在还原过程中可以有效减小生成的贵金属纳米粒子在溶液中碰撞、聚集、长大，从而可有效控制质子交换膜燃料电池催化剂粒径，最终在载体表面形成分布较为均匀的纳米粒子，且不会发生团聚现象，得到的质子交换膜燃料电池催化剂粒度均匀，电化学性能高。实验结果表明，本专利技术所提供的质子交换膜燃料电池催化剂的平均粒径约2 4nm，电化学性能与现有技术的质子交换膜燃料电池催化剂相比，电池峰值功率密度提高了20% 29%，峰电流密度提高了 15% 31%。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的质子交换膜燃料电池催化剂的透射电镜照片；图2为本专利技术实施例1提供的质子交换膜燃料电池催化剂的粒径分布图；图3为本专利技术实施例1制备的氢/氧燃料电池与对比例I制备的氢/氧燃料电池的极化曲线；图4为本专利技术实施例2制备的三电极体系与对比例2制备的三电极体系在甲醇溶液中的循环伏安曲线；图5为本专利技术实施例3制备的甲醇/氧燃料电池与对比例3制备的甲醇/氧燃料电池的极化曲线。具体实施例方式本专利技术提供了，包括以下步骤:A)将贵金属卤化物溶液和炭黑混合，调pH值至2.5 10.5后进行超声波搅拌，得到前驱体液；所述贵金属卤化物为钼卤化物或钼卤化物和钌卤化物的混合物；B)将所述前驱体液加入硼氢化钠溶液中，进行超声波搅拌后得到混合液；C)将所述混合 液静置、过滤、洗涤和干燥，得到质子交换膜燃料电池催化剂。本专利技术首先向贵金属卤化物溶液中加入炭黑混合，调节溶液pH值并进行超声波搅拌，得到前驱体液。所述贵金属卤化物为钼卤化物或钼卤化物和钌卤化物的混合物，其中，所述钼卤化物为氯钼酸、氯钼酸钠、氯钼酸钾、溴钼酸和碘钼酸中的一种或多种；所述钌卤化物为三氯化钌、氯钌酸钠、氯钌酸钾、溴钌酸和碘钌酸中的一种或多种。本专利技术对于所述贵金属卤化物的来源并无特殊限制，可以为一般市售。将所述贵金属卤化物配制成溶液，所述溶液浓度的大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，包括以下步骤：A）将贵金属卤化物溶液和炭黑混合，调pH值至2.5~10.5后进行超声波搅拌，得到前驱体液；所述贵金属卤化物为铂卤化物或铂卤化物和钌卤化物的混合物;B）将所述前驱体液加入硼氢化钠溶液中，进行超声波搅拌后得到混合液；C）将所述混合液静置、过滤、洗涤和干燥，得到质子交换膜燃料电池催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，包括以下步骤: A)将贵金属卤化物溶液和炭黑混合，调pH值至2.5 10.5后进行超声波搅拌，得到前驱体液； 所述贵金属卤化物为钼卤化物或钼卤化物和钌卤化物的混合物； B)将所述前驱体液加入硼氢化钠溶液中，进行超声波搅拌后得到混合液； C)将所述混合液静置、过滤、洗涤和干燥，得到质子交换膜燃料电池催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钼卤化物为氯钼酸、氯钼酸钠、氯钼酸钾、溴钼酸和碘钼酸中的一种或多种；所述钌卤化物为三氯化钌、氯钌酸钠、氯钌酸钾、溴钌酸和碘钌酸中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述贵金属卤化物溶液的中贵金属离子的浓度为0.5g/L 10g/L。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长鹏，梁亮，廖建辉，李晨阳，邢巍，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：