[发明专利]一种聚苯胺包覆碳载体的铂基脱合金燃料电池催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚苯胺包覆碳载体的铂基脱合金燃料电池催化剂，属于燃料电池催化剂技术领域，包括载体和活性组分，载体由聚苯胺包覆炭黑，活性组分为具有核壳型结构的铂钴金属，其中铂钴合金为核，铂为壳；聚苯胺包覆炭黑的载体60重量％～80重量％；具有核壳型结构的铂钴金属20重量％～40重量％；铂钴合金的核中，铂和钴的原子比为1:0.5～1:3。本发明聚苯胺包覆碳载体的铂基脱合金燃料电池催化剂，在载体上包覆聚苯胺，有效降低脱合金过程中酸对碳载体的损伤，在后续催化剂使用的过程中，聚苯胺比碳载体优先氧化，能够延长脱合金催化剂的使用寿命；可以大大提高催化剂的催化效率和贵金属的利用率，将促进燃料电池的发展。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池催化剂及其制备方法，特别涉及聚苯胺包覆碳载体的铂基脱合金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。

技术背景

燃料电池一般以氢气作为燃料，其阴极催化剂主要是铂系催化剂，但是铂资源有限，价格昂贵，阻碍着燃料电池的市场化进程。

核-壳型纳米结构催化剂是将一种金属纳米微粒包覆在另一种金属纳米微粒的外层，二者间通过化学键或是其他的作用力连接在一起。它除了具有几种金属粒子单独存在时自身的性质之外，还具备一些多种金属结合后产生的新特性，比单一金属粒子的催化活性更好。采用相对廉价的过渡金属作为核，将铂(Pt)像皮肤一样包覆在核的外层，大大降低了催化剂中Pt的用量；同时产生的金属间协同作用也会帮助调整氧的表面吸附，改善氧还原反应(ORR)催化性能。

US20100197490介绍了一种铂包覆非贵金属制备核壳催化剂的一种方法，该方法先将Fe、Co、Ni、W、Cu等非贵金属的盐，用化学还原的方法还原成2-10nm的颗粒，在空气中干燥后，升温600℃到800℃，进行退火处理，退火时间因不同金属而定。退火完成后，将该纳米颗粒浸入铂盐溶液中，利用电化学置换法在非贵金属颗粒的表面沉积一薄层Pt壳，从而制备核-壳型纳米催化剂。该方法虽然能做出完整的核壳型催化剂，但操作流程复杂，需消耗大量能源，制备成本高。

CN200610019303介绍了一种用化学置换法制备核壳催化剂的一种方法，该方法是将非贵金属盐配制成溶液，加入一定量的表面活性剂，然后向混合溶液中加入过量的还原剂，制成非贵金属的纳米金属溶液，再向非贵金属的纳米金属溶液中加入贵金属盐溶液进行化学置换，得到贵金属包裹在非贵金属纳米颗粒表面的核壳结构催化剂溶液，得到非担载型核壳催化剂。最后在非担载型核壳催化剂溶液中加入碳载体进行吸附，得到担载型核壳催化剂。该方法的优点是操作过程简单，制备成本低，但催化剂粒径偏大，而且催化剂仅靠吸附作用与碳载体连接，很容易在电化学反应过程中脱落，从而降低催化效率。

用脱合金法制备铂基合金催化剂，是基于金属对间氧化还原电位的不同，利用电化学方法除去铂基合金上的较活泼金属，来制备表面富含Pt的核-壳型或结构更为复杂的纳米微粒。通常，脱合金操作是将合金催化剂直接放入强酸中进行脱合金处理，然后再放入去离子水中进行洗涤。而在强酸处理过程中会造成碳载体的损伤，不利于催化剂的寿命。

因此，提供一种载体损伤减小，催化剂使用寿命长的燃料电池催化剂及其制备方法就成为该技术领域急需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种载体损伤减小，催化剂使用寿命长的燃料电池催化剂。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案达到的：

一种聚苯胺包覆碳载体的铂基脱合金燃料电池催化剂，包括载体和活性组分，其特征在于：所述载体由聚苯胺包覆碳黑，所述活性组分为具有核壳型结构的铂钴金属，其中铂钴合金为核，铂为壳；聚苯胺包覆碳黑的载体60重量％～80重量％；具有核壳型结构的铂钴金属20重量％～40重量％；所述铂钴合金的核中，铂和钴之间的原子比为1:0.5～1:3。

优选地，所述具有核壳型结构的铂钴金属的粒径分布在2～4nm。