[发明专利]一种磷酸亚铁锂负载铂氧还原电催化剂及其制备方法

说明书

一种磷酸亚铁锂负载铂氧还原电催化剂，其特征在于，磷酸亚铁锂载体呈蝴蝶结状，由厚度为30‑60 nm且径向为4‑10μm薄片构成；铂颗粒均匀地负载在磷酸亚铁锂纳米片上，铂纳米颗粒大小为1‑3 nm，其负载质量百分数为3‑10%。该电催化剂的制备方法为：利用溶剂热的方法制备蝴蝶结状磷酸亚铁锂，再利用乙二醇还原氯铂酸，将铂纳米颗粒均匀负载在磷酸亚铁锂纳米片上。优点在于提出了一种新型负载铂的高效催化载体，降低铂的负载量，提高铂的利用效率，同时制备工艺简单、成本低。

技术领域

本发明属于燃料电池电催化剂及其制备技术领域，特别是涉及一种磷酸亚铁锂负载铂纳米粒子氧还原电催化剂及其制备方法。

背景技术

燃料电池由于其高能量转换效率、高比能量和比功率以及环境友好等优点引起了研究者的广泛关注，作为有效的清洁能源有望广泛用于电动车辆和便携电子设备。但是发生在阴极的氧还原反应，是四电子转移过程，缓慢动力学严重的限制了燃料电池的商业化进程。目前，氧还原反应最有效的催化剂是碳负载铂催化剂，但是由于铂在自然界资源稀缺和价格昂贵，从而限制了其大规模的使用。因此，开发新的载体，降低铂的负载量，同时保持较好的氧还原的催化活性成为当下研究的一个方向。

在文献（1）Chem. Commun., 49(2013), 10112中，Xie等人制备出新型Ti₃AlC₂纳米片载体，铂（Pt）负载后可得 Pt/Ti₃C₂X₂（X = OH, F）催化剂（Pt负载量为40 wt.%），由于Ti₃C₂X₂（X = OH, F）具有较好的耐腐蚀性，该催化剂在0.1 M HClO₄溶液中表现出较高的稳定性，但其催化性能与Pt负载量为40 wt.%的商业JM-Pt/C催化剂相当，说明铂的使用量并没有明显降低，因此没有从本质上解决催化剂的高成本问题。

在文献（2）J. Mater. Chem. A, 2016, 4(12),4516-4524中，Su等人将钴酸锂与少量的商业Pt/C通过物理混合后，研究发现催化剂氧还原起始电位为0.96 V（商业Pt/C为1.0 V），半波电位为0.775 V（商业Pt/C为0.825 V），其催化活性与商业Pt/C接近，且Pt/C的使用量明显降低。但是钴酸锂价格远高于磷酸亚铁锂，大规模应用存在一定困难。

发明内容

本发明致力于开发低成本的催化剂载体，减少贵金属Pt的使用量，并实现其商业化应用。

本发明目的之一在于提供一种磷酸亚铁锂负载铂氧还原电催化剂，其特征在于，磷酸亚铁锂载体呈蝴蝶结状，由厚度为30-60 nm且径向为4-10 μm纳米薄片构成；铂颗粒均匀的负载在磷酸亚铁锂纳米片上，铂纳米颗粒大小为1-3 nm，其负载质量百分数为3-10%。

本发明还提供了一种制备磷酸亚铁锂负载铂复合材料的方法。即利用溶剂热的方法制备蝴蝶结状磷酸亚铁锂，再利用乙二醇还原氯铂酸，将铂纳米颗粒均匀负载在磷酸亚铁锂纳米片上，从而获得本发明产品。具体工艺步骤为。