[发明专利]一种燃料电池用阴极催化剂及制备方法

权利要求书

1.一种燃料电池用阴极催化剂，其特征在于：所述催化剂为空壳型碳担载Pt基纳米催化剂，以Pt或Pt与过渡金属组成的合金为活性组分，其通式为Pt或PtM_x，其中，M=Ag、Au、Ru、Rh、Pd、Os、或Ir中的一种或二种以上，0.05≤x≤0.95，催化剂粒径为10-100nm，壳体壁的厚度1-20nm。

2.根据权利要求1所述阴极催化剂，其特征在于：所述催化剂中活性组分的含量为1～80wt%，余量为碳载体；空壳型碳担载Pt基纳米催化剂是指催化剂为空心的纳米颗粒。

3.根据权利要求2所述阴极催化剂，其特征在于，所述碳载体为导电炭黑、石墨炭、碳纳米管、碳纤维、碳微球或碳气凝胶中的一种或二种以上。

4.一种燃料电池用阴极催化剂制备方法，其特征在于：所述催化剂按模板法制备而成，

（1）将模板金属的水溶性前驱物与C₁₂～C₁₈的季铵盐表面活性剂按1/20～1/5的摩尔比溶于水中，充分搅拌使之混合均匀，得到溶液A，其中模板金属离子的浓度为0.001-1mol/L；

（2）向A中通入惰性气体至饱和，将碳载体和溶液A按50～200ml溶液A/1g碳载体的比例，超声混合均匀，搅拌下加入模板金属2～10倍摩尔比的还原剂，得到浆料B；

（3）将Pt、或按所需比例Pt和M的水溶性前驱物溶于水中，搅拌混合均匀，得到溶液C，其中Pt前驱离子浓度为0.001-1mol/L；将Pt、或按所需比例Pt和M的水溶性前驱物与C₁₂～C₁₈的季铵盐表面活性剂、按Pt与表面活性剂1/20～1/5的摩尔比溶于水中，搅拌混合均匀，得到溶液C，其中Pt前驱物离子浓度为0.001-1mol/L；

（4）搅拌下向陈化0.5～6h的浆料B按所需炭载体与Pt、或炭载体与Pt和M的质量比加入溶液C，在惰性气氛保护下反应0.5～6h得到浆料D；

（5）将浆料D离心洗涤，60～120度真空干燥4～12小时，研磨得到固体粉末E；

（6）将固体粉末E在还原性气氛下于200～900度焙烧热处理0.5～6h后，得固体粉末F；固体粉末E或F在pH为1～3的盐酸、硫酸、硝酸或高氯酸溶液中处理0.5～12h，过滤洗涤后，60～120度真空干燥4～12小时后即得催化剂。

5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述模板金属的水溶性前驱物为金属Cu或Zn的硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐、卤化物中的一种或二种以上。

6.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于：所述M为Ag时的水溶性前驱物为过渡金属硝酸盐、氨基配合物的一种；所述M为Au，Ru，Rh，Pd，Os或Ir的水溶性前驱物为M的卤化物、氨基或硝基配合物的一种。

7.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述还原剂为硼氢化物或水合肼；所述碳载体为导电炭黑、石墨炭、碳纳米管、碳纤维、碳微球或碳气凝胶中的一种或二种以上；所述惰性气氛为高纯氮气或/和氩气，还原性气氛为氢气、或氢气与惰性气氛的混和气。

8.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述焙烧过程的升温速率通常为0.5～20℃/min。