[发明专利]一种高稳定性碳载Pt－Au双金属纳米电催化剂制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高稳定性碳载Pt-Au双金属电催化剂的制备方法，更确切地说涉及到质子交换膜燃料电池(包括直接醇燃料电池)的阴极电催化剂制备方法。制备的金修饰铂双金属纳米催化剂对氧气还原呈现了很高的催化活性和非常好的稳定性，属于能源、催化及相关技术领域。

背景技术

燃料电池发电装置能量转换效率高，对环境污染小，可用作未来理想动力电源，因而受到世界各国科学家广泛关注，为此，世界各国都投入了大量人力、物力和财力进行了研究。开发以氢为燃料的燃料电池(PEMFC)电动车具有多方面的重要意义，它不仅关系到国家的能源战略安全，解决内燃机汽车带来的环境污染问题，提高清洁燃料在能源消耗中的利用比例，而且可以提升我国科技开发水平，实现我国汽车工业跨越式发展。此外，面对高速增长的汽车市场，发展燃料电池汽车也具有极其重要的意义。同时，直接甲醇燃料电池(DMFC)由于自身的优点，可用作笔记本电脑、手机、电动自行车等的移动电源，具有极其广阔的应用前景。就目前这两种燃料电池研制的现状，阴极催化剂高的铂用量和高的极化过电位等也限制了其商业化开发。从热力学角度考虑，由于氧气还原的高度不可逆性和“混合电位”效应，PEMFC(包括DMFC)大部分性能的降低来源于阴极反应慢的动力学。因此，催化剂的性能特别是寿命是制约燃料电池实用化的一个关键因素。

碳载铂(Pt/C)催化剂是目前PEMFC和DMFC中广泛使用的阴极电催化剂，为了进一步提高阴极催化剂性能，各种Pt基合金等复合催化剂已受到了广泛的关注[①R.C.Koffi，C.Coutanceau，Granier.E.et al.，Electrochimica Acta，2005，50：4117-4127；②E.Antolini，J.R.C.Salgado，E.R.Gonzalez，J.Electroanal.Chem.，2005，580：145-152；③H.Yang，N.Alonso-Vante，J.J.-M.Léger，C.Lamy，J.Phys.Chem.B 2004，108：1938-1947.]。研究结果表明复合催化剂的采用不仅能显著增强氧还原反应的电催化活性，而且一些催化剂还展现了很好的抗甲醇的性能。最近R.R.Adzic[J.Zhang，K.Sasaki，E.Sutter，R.R.Adzic，Science，2007，315，220-222.]小组发现通过电化学方法将Au团簇修饰到Pt/C纳米催化剂上能显著提高催化剂催化氧气还原反应的稳定性，延长催化剂的寿命。由于催化活性和稳定性与催化剂的制备方法密切相关，因此催化剂合适的制备方法对提高其性能至关重要。

发明内容

本发明旨在提供一种燃料电池用纳米铂金电催化剂的制备方法。所述的制备方法是基于金的前驱体可以被C₁～C₃的一元、二元或三元醇类，如甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇等还原，提供了金纳米粒子修饰Pt/C催化剂的方法，其典型的制备过程包括前驱体金的还原，洗涤、干燥以及催化剂的热处理。现将具体步骤分述如下：

1、前驱体金的还原：分别称取一定质量不同方法合成的或商业化的碳载铂(Pt/C)纳米催化剂，加入一定量的水，超声、搅拌使之混合均匀后，在-10～10℃条件下加入一定量的氯金酸水溶液(0.50～10mM)，控制Pt∶Au的原子比为18∶1～5∶1，搅拌10min~1h使得氯金酸溶液与Pt/C催化剂混合均匀，得组分(A)。

2、在-10～10℃下，向组分A中缓慢滴入0.2～5ml C₁～C₃的一元、二元或三元醇类，如甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇等，并继续搅拌10min～5h使其充分反应。然后抽虑、反复水洗多次，并用硝酸银溶液检验，直至洗出的溶液中无氯离子，将催化剂置于70℃真空干燥箱中干燥1～5h，即可得到碳载铂金双金属纳米电催化剂。

3、催化剂的后处理：视需要，还可以将步骤(2)得到的催化剂热处理，得到不同粒径的双金属纳米催化剂。所述热处理是先在室温下通入氮气或氩气等惰性气体，或氢气及与氮气或氩气的混合气体以除去炉式管中的空气，然后在这些气氛中在100～700℃条件下恒温0.5～4h，再在氮气或氩气保护下自然冷却至室温，即得热处理后的Pt-Au/C催化剂。