[发明专利]一种燃料电池催化剂及其制备方法

说明书

一种燃料电池催化剂及其制备方法，属于燃料电池催化剂技术领域。是以多壁碳纳米管为载体，Ag@Pt的复合纳米颗粒均匀的分布在多壁碳纳米管壁上，H₃PW₁₂O₄₀通过CS均匀的分散在Ag@Pt/MWCNTs上。制备方法是将多壁碳纳米管与硝酸银分散在水中，加入硼氢化钠还原硝酸银，反应得Ag/MWCNTs；将Ag/MWCNTs超声分散在乙二醇中，加入氯铂酸溶液，调节pH值得到Ag@Pt/MWCNTs；再将Ag@Pt/MWCNTs依次分散在CS和H₃PW₁₂O₄₀水溶液中超声即得。本发明制备工艺简单，制备的催化剂具有较高的催化活性和稳定性，在燃料电池领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及燃料电池催化剂及其制备，具体涉及磷钨酸掺杂铂基核壳型燃料电池催化剂及其制备方法，属于燃料电池催化剂技术领域。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种清洁能源的发电装置成为近年来关注的热点，成为燃料电池众多种类中最有希望实现商业化的低温燃料电池之一。然而，由于制备成本很高及没有足够的耐久性阻碍了质子交换膜燃料电池商业化发展，其所使用的催化剂已经被确定为阻碍其进一步发展的主要因素。在质子交换膜燃料电池中占主导地位的极化主要来自于动力学反应较慢的阴极氧还原反应(ORR)，而不是阳极氢氧化反应(HOR)，所以对于阴极氧气电催化还原的研究非常重要，阴极催化剂的活性决定燃料电池设备的运行状况。目前，质子交换膜燃料电池催化剂主要是Pt等贵金属，由于资源有限，价格昂贵，严重制约了燃料电池商业化应用。因此，研发低载铂、高性能的催化剂是推动燃料电池发展的关键技术。研究表明，将Pt与过渡金属(如Cu、Ag等)复合形成具有二元催化机制的合金或核壳型催化剂，可以有效地提高催化剂的催化活性和稳定性。在Pt系催化剂中掺杂多金属氧酸盐(POM)可以防止Pt纳米颗粒的团聚，而且多酸本身具有氧化还原性，多酸氧化能力的增加可以协助氧化脱除吸附在Pt催化剂表面上的反应中间物，同时多酸与Pt形成协同催化作用提高催化活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低铂载量且具有高催化活性和稳定性的燃料电池催化剂及其制备方法。

本发明提供的一种燃料电池催化剂，其特征在于，以多壁碳纳米管(MWCNTs)为载体，核壳型的复合纳米颗粒Ag@Pt均匀的分布在多壁碳纳米管壁上形成Ag@Pt/MWCNTs，同时H₃PW₁₂O₄₀(PW₁₂)通过CS掺杂负载在Ag@Pt/MWCNTs上，形成Ag@Pt/MWCNTs-CS-PW₁₂催化剂。

上述一般Ag：Pt：MWCNTs的质量比(0.5-2)：(0.5-2)：80，优选1:1:80。

燃料电池氧还原催化剂，是以多壁碳纳米管(MWCNTs)为载体，H₃PW₁₂O₄₀(PW₁₂)掺杂的核壳型Ag@Pt作为活性组分的Ag@Pt/MWCNTs-CS-PW₁₂催化剂，该催化剂中Ag@Pt的复合纳米颗粒均匀的分布在多壁碳纳米管壁上，H₃PW₁₂O₄₀经过Ag@Pt/MWCNTs表面的CS均匀的分散在Ag@Pt/MWCNTs上，Ag@Pt颗粒的粒径为2-5nm(大部分为3nm)。Ag@Pt/MWCNTs-CS-PW₁₂催化剂的催化活性比Ag@Pt/MWCNTs催化剂的催化活性提高25-40％；其电化学活性面积达到52.83-75.63m²g^-1。(可以作为该催化剂的性能参数)。

该燃料电池催化剂的具体制备步骤如下：

A.多壁碳纳米管的氧化