[发明专利]一种用于低温燃料电池的核壳结构催化剂的制备方法

权利要求书

1.一种用于低温燃料电池的核壳结构催化剂的制备方法，所述核壳结构催化剂以铂为壳，以金属钌、钯、铁、钴、镍、铜、锡、铱、金和银中的一种以上金属合金为内核，壳和内核共同负载于碳载体，其特征在于制备步骤如下：

（1）核的制备

将络合剂加入至多元醇还原剂溶液或多元醇还原剂与水的混合溶液中，超声、搅拌使络合剂完全溶解后，再加入金属氯化物或金属硝酸盐，超声、搅拌混合均匀后，再加入经氧化处理过的碳载体，搅拌并超声至分散均匀，然后用质量浓度为5%～10%的碱性溶液调节PH值为8～10，再将其置于高压反应釜中于100℃～160℃下反应4h～12h，反应结束后，待高压反应釜冷却至室温，用质量浓度为5%～10%的稀硝酸水溶液调节高压反应釜内反应液的pH值为4～6，再用二次水洗涤并过滤反应液，至检测滤液中无Cl^-为止，所得滤饼在60℃～80℃下真空干燥至衡重，即得到催化剂前驱体；碳载体质量相当于金属氯化物或金属硝酸盐还原后总金属理论质量的4～8倍；多元醇还原剂与金属氯化物或金属硝酸盐中总金属离子的摩尔比为1:1～1:10；络合剂与金属氯化物或金属硝酸盐中总金属离子的摩尔比为2:1～2.5:1；金属氯化物或金属硝酸盐与多元醇还原剂的摩尔比为1:0.3～1:3；所述络合剂为柠檬酸钠、柠檬酸或乙二胺四乙酸钠；所述多元醇还原剂为乙二醇、异丙醇、丙三醇或正丁醇；

（2）核的稳定化处理

将催化剂前驱体在惰性气氛条件下，100℃～150℃下稳定化处理1h～3h；

（3）壳的制备

以经步骤（2）处理的催化剂前驱体为内核，用浸渍还原法、高压有机溶胶法、微波法或电沉积法在内核上制备壳，然后将内核、壳共同负载于碳载体上，得到核壳结构催化剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述碳载体为Vulcan XC-72碳黑或碳纳米管。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（3）所述高压有机溶胶法的具体步骤为：

将络合剂加入至多元醇还原剂溶液或多元醇还原剂与水的混合溶液中，超声、搅拌使络合剂完全溶解后，再向其加入氯铂酸，超声、搅拌混合均匀后，再加入步骤（2）所得到的催化剂前驱体，搅拌并超声至分散均匀后，用质量浓度为5%～10%的碱性溶液调节PH值为8～10，再将其置于高压反应釜中于100℃～160℃下反应4 h～12 h，反应结束后，待高压反应釜冷却至室温，用质量浓度为5%～10%的稀HNO₃水溶液调节高压反应釜体系的pH值为4～6，再用二次水洗涤反应体系至检测滤液中无Cl^-为止，所得滤饼在60℃～80℃下真空干燥至衡重，即得到核壳结构催化剂；所述络合剂为柠檬酸钠、柠檬酸或乙二胺四乙酸钠，其与氯铂酸的摩尔比为2:1～2.5:1；所述多元醇还原剂为乙二醇、异丙醇、丙三醇或正丁醇，其与氯铂酸的摩尔比为1:1～1:10。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（3）所述微波法的具体步骤为：

将络合剂加入至多元醇还原剂溶液或多元醇还原剂与水的混合溶液中，超声、搅拌使络合剂完全溶解后，再向其加入氯铂酸，超声、搅拌混合均匀后，再加入步骤（2）所得到的催化剂前驱体，搅拌并超声至分散均匀后，用质量浓度为5%～10%的碱性溶液调节PH值为8～10，再将其置于微波炉中反应1min～2min，反应结束后，待反应体系冷却至室温，再用二次水洗涤反应体系至检测滤液中无Cl^-为止，所得滤饼在60℃～80℃下真空干燥至衡重，即得到核壳结构催化剂；所述络合剂为柠檬酸钠、柠檬酸或乙二胺四乙酸钠，络合剂与氯铂酸的摩尔比为2:1～2.5:1；所述多元醇还原剂为乙二醇、异丙醇、丙三醇或正丁醇，多元醇还原剂与氯铂酸的摩尔比为1:1～1:10。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（3）所述电沉积法的具体步骤为：

将催化剂前驱体均匀分散于聚四氟乙烯的乙醇溶液中，搅拌成墨汁状溶液后，将墨汁状溶液均匀涂覆在玻碳电极上，并在红外灯下干燥；

以含有铂前驱体的电解质溶液作为电解液，采用三电极体系将涂覆有墨汁状溶液的玻碳电极作为工作电极，铂丝和Ag/AgCl电极分别作为对电极和参比电极，制备核壳结构催化剂；所述铂前驱体中铂的质量为催化剂前驱体中催化剂总质量的1%～15%。