一种碳载金属催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种碳载金属催化剂及其制备方法和应用。该催化剂采用碳纤维材料为载体，以硼氢化钠、甲醇或者乙二醇为还原剂，氯铂酸、氯金酸及其它金属前驱体的一种或者几种共混后还原，得到一种燃料电池用金属/碳纳米纤维催化剂，其优选金属载量为10～60wt%。该催化剂初始电化学活性表面积高，在120分钟的计时电流法测试中电流密度衰减较小，在整个电化学计时电流测试中电流密度都高于现有的商业催化剂铂/XC72R（40%），表现出更高的电化学活性，更高的电流密度和更优越的电化学稳定性。该催化剂表现出极高的抗一氧化碳毒性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种碳载金属催化剂及其制备方法和应用，特别是一种燃料电池用纳米碳纤维负载金属催化剂。
技术介绍
催化剂载体是聚合物膜燃料电池催化层的关键材料之一，也是科学研究的热点。作为催化剂的载体，它必须具备适当的孔径分布、较大的比表面积、极好的电化学稳定性以及高的电导率等，能够提供高的导电能力、良好的气体通道、足够的容水能力。催化剂载体不仅直接影响催化剂的粒径、分散度及活性，而且影响催化层的导电性、传质及电化学比表面积等。目前催化剂载体主要以碳材料为主。其中活性碳、石墨化碳黑、纳米碳纤维、碳纳米管(CNTs)等都具有一定的应用。目前，广泛采用的碳载体为Ca bot公司的Vulcan XC-72碳黑等。但是，在DMFCs高酸性、高电位和较高温度的条件下，碳载体在水分子的作用下会发生腐蚀，表面被氧化为CO或C02。对于在100°C以下运行的聚合物膜燃料电池，仅十万分之几的CO就会导致Pt基催化剂严重中毒；碳载体的腐蚀还会加速高度分散的Pt聚集。在电池开始运行和停止运行时，电极局部电压可以达到1.2 V ;碳载体的腐蚀速率明显增大，从而导致贵金属Pt的电化学表面积减小和Pt的流失或团聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳载金属催化剂，其特征在于，所述碳载金属催化剂具体如下结构：在碳纤维构成的多孔碳纸片中含有金属颗粒；所述金属颗粒选自过渡金属、镧系金属、锕系金属中的单一金属、金属合金、金属氧化物、金属盐中的一种或几种的混合物；所述碳载金属催化剂中碳与金属材料的质量比为100：0.01～100：90；所述碳纤维的直径为50nm～1μm、孔隙率为30～80%、比表面积为5～100m2g?1、孔体积为0.1～10?mL?g?1。

【技术特征摘要】
1.一种碳载金属催化剂，其特征在于，所述碳载金属催化剂具体如下结构:在碳纤维构成的多孔碳纸片中含有金属颗粒；所述金属颗粒选自过渡金属、镧系金属、锕系金属中的单一金属、金属合金、金属氧化物、金属盐中的一种或几种的混合物； 所述碳载金属催化剂中碳与金属材料的质量比为100:0.01 100:90 ； 所述碳纤维的直径为50nm I μ m、孔隙率为30 80%、比表面积为5 IOOmiV1、孔体积为 0.1 10 mL g 1O2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述多孔碳纸片呈规则或不规则状，所述多孔碳纸片的厚度为IOnm 1mm。3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述金属颗粒的直径为0.1 200nm，为二次负载所得。4.权利要求1至3任一所述的催化剂的制备方法，其特征在于，包含如下步骤:将I重量份聚丙烯腈以及0.01 0.5重量份金属前驱体溶于DMF或者DMAC中，聚丙烯腈浓度范围为7 20%，在30 60°C下搅拌0.5 12h ;其中PAN与金属前驱体的质量比为1000:I 100:90，搅拌2-48h，进行静电纺丝，纺丝所得纤维膜置于反应炉中进行碳化得到含有初次负载金属的多孔碳纸片；取所述多孔碳纸片溶于去离子水中形成0.05 lwt%的含有初次负载金属的碳纤维分散液，在100...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永明，王超楠，袁望章，李虹，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：