[发明专利]一种燃料电池用非贵金属催化剂及其应用

权利要求书

1.一种燃料电池用非贵金属催化剂，所述催化剂以间苯二酚、甲醛、可溶性金属无机盐，以及2-（2-吡啶）-苯并咪唑为原料，采用如下过程制备而成：

（1）将间苯二酚和溶剂A按0.1～10ml溶剂/1g间苯二酚的比例混合配制溶液B；

（2）向溶液B中加入质量浓度为20～40%的甲醛溶液，间苯二酚和甲醛的摩尔比为1:1～4:1，在20～100℃环境中持续搅拌直至反应形成溶胶凝胶前驱体；

（3）在步骤（2）所得到的溶胶凝胶前驱体中，在25～70℃的条件下，用0.5～2M氨水或者0.5～2M草酸逐滴滴加至液态前驱体固化为固体凝胶，得到凝胶C；

（4）将凝胶C干燥老化处理3～12天，取出后粉碎研磨，得到固体粉末D；

（5）将固体粉末D于600～1200℃惰性气体气氛处理1～10小时，惰性气体吹扫至室温即得到碳凝胶载体；

（6）将2-（2-吡啶）-苯并咪唑和溶剂A按1g2-（2-吡啶）-苯并咪唑/0.1～100ml溶剂的比例混合配制2-（2-吡啶）-苯并咪唑溶液E；置于20℃～40℃水浴环境下，在惰性气体保护搅拌0.5～4小时；

（7）将金属盐按照金属盐（以金属摩尔量记）/2-（2-吡啶）-苯并咪唑摩尔比为1:10～10:1的比例，将金属盐加到溶液E中，在惰性气体保护下，置于20℃～40℃水浴环境下搅拌0.5～4小时得到配合物F；

（8）将在步骤（5）里得到的碳凝胶载体，按载体/金属含量（以金属盐中的金属质量记）1:10～10:1的比例加入到步骤（7）所形成的配合物中，惰性气体保护搅拌0.5～4小时，后置于80℃～100℃水浴或油浴环境中加热搅拌蒸干溶剂，得到固体粉末G；

（9）将步骤（8）中得到的固体粉末G于500～1200℃氮化气氛处理1～10小时，惰性气体吹扫至室温即得到所需的非贵金属催化剂。

2.按照权利要求1所述的高稳定载体，其特征在于：所述惰性气体为氮气、氩气或二氧化碳气体中的一种或二种以上的，体积混合比例任意的混合气体。

3.按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述可溶性金属无机盐为金属的硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐、卤化物、二亚硝基二胺盐、乙酰丙酮化物、或大环络合物卟啉、酞菁及其聚合物中的一种或多种可共溶性盐。

4.按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述金属元素为Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ir、V、Cr、Mn、Zr、W中的一种或多种。

5.按照权利要求1所述的高稳定载体，其特征在于：所述干燥处理方法包括CO₂超临界干燥、真空干燥或冷冻干燥，其中CO₂超临界干燥条件为40～55℃、11～16Mpa，得到气凝胶；真空干燥条件为50～90℃、-0.1～-0.09Mpa，得到干凝胶；冷冻干燥条件温度低于溶剂凝点、常压，得到冻凝胶。

6.按照权利要求1所述的高稳定载体，其特征在于：所述溶剂A为水、乙醇或乙二醇中的一种或两种以上的混合物；

当溶剂为水时的环境温度为20～80℃，溶剂为乙醇时的环境温度为20～78℃，溶剂为异丙醇时的环境温度为20～82℃，溶剂为乙二醇的搅拌环境温度为60～100℃。当为混合物时，环境温度按照较高的溶剂环境温度计算。

7.按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述氮化气氛为体积比为5-90%的NH₃/N混合气₂、NH3、CH₃CN或HCN中的一种或二种以上。

8.一种如权利要求1-8所述非贵金属催化剂的应用，其特征在于：所述催化剂用于质子交换膜燃料电池阴极。