[发明专利]一种形貌可控的Pt-Pd合金催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种形貌可控的Pt‑Pd合金催化剂及其制备方法与应用，属于催化剂技术领域。所述方法包括以下步骤：将铂盐和钯盐溶解于第一溶剂中进行反应，得到Pt‑Pd合金纳米晶溶液，其中第一溶剂由二甲基酰胺和羧酸组成，将碳载体分散在第二溶剂中，得到碳载体悬浮液；将Pt‑Pd合金纳米晶溶液均匀分散在碳载体悬浮液中，搅拌至少4h，然后过滤洗涤、干燥，得到形貌可控的Pt‑Pd合金催化剂。本发明实现在不使用长碳链的表面活性剂的条件下制备出形貌可控的Pt‑Pd合金催化剂，该方法操作简单，产率较高，降低了催化剂生产成本，且制备得到的Pt‑Pd合金催化剂表面非常洁净，活性位点不会被表面活性剂吸附占据，有效提高了催化剂的催化活性。

技术领域

本发明属于催化剂领域，具体用途涉及一种形貌可控的Pt-Pd合金催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

质子交换膜燃料电池是将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置，因其能量转换效率高、环境污染少、可靠性高及无噪音等优点，被列为21世纪重要的可替代能源。然而，迄今为止，燃料电池的成本和寿命限制了它的广泛应用尤其是在民用领域的应用。膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件，决定着质子交换膜燃料电池的性能、寿命以及成本。膜电极主要由催化层、气体扩散层和质子交换膜组成，其中催化层是发生电化学反应的场所，决定着膜电极的性能和寿命。目前催化层的催化剂大多采用贵金属Pt催化剂，其全球储备量有限，成本高昂，严重阻碍了燃料电池商业化发展的进程。

因此，降低催化剂的Pt含量、提高其催化活性及耐久性对于降低燃料电池成本和提高燃料电池寿命具有重要意义。近年来，Pt基合金催化剂在提高Pt利用率及提高催化剂的耐久性方面引起了各研究者的关注。进一步研究发现，Pt基合金的形貌对其催化活性具有非常显著的影响。其中，形貌控制的Pt-Ni合金因显示优秀的催化活性而成为研究的热点，到目前为止已经成功合成了具有(100)优势晶面的立方体Pt-Ni合金、具有(111)优势晶面的八面体和二十面体等各种不同形貌的Pt-Ni合金，而且这些合金催化剂显示了优秀的催化活性，但是Pt-Ni合金催化剂在燃料电池工作环境下(如强酸性、高电位等)很容易发生非贵金属Ni的溶解失效，难以满足燃料电池催化剂的稳定性要求。研究发现，在八面体Pt₃Ni表面包覆一层Pt₃Pd壳后，在保证高催化活性的前提下，比单独的八面体Pt₃Ni合金催化剂显示了更高的电化学稳定性，因此，与Pt-Ni合金相比，形貌控制的Pt-Pd合金是发展高活性高稳定性Pt基合金催化剂更好的选择之一。

但是到目前为止，大部分控制Pt基合金形貌的过程都涉及使用不同长碳链的表面活性剂，而表面活性剂在合金表面的吸附作用很强，合成反应结束后很难将其从金属颗粒表面完全除去，不利于Pt基合金催化剂电催化活性的提高。

发明内容

本发明技术要解决的问题是：克服现有技术不足，提供一种形貌可控的Pt-Pd合金催化剂及其制备方法与应用以提高催化剂活性。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种形貌可控的Pt-Pd合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将铂盐和钯盐溶解于第一溶剂中进行反应，得到Pt-Pd合金纳米晶溶液，其中所述第一溶剂由二甲基酰胺和羧酸组成，将碳载体分散在第二溶剂中，得到碳载体悬浮液；

步骤2、将所述Pt-Pd合金纳米晶溶液均匀分散在所述碳载体悬浮液中，搅拌至少4h，然后过滤洗涤、干燥，得到形貌可控的Pt-Pd合金催化剂。

在一可选实施例中，步骤1所述的第一溶剂中二甲基酰胺和羧酸的体积比为5～23：1。

在一可选实施例中，步骤1中所述的羧酸为甲酸、乙酸或丙酸中的一种或一种以上组合。

在一可选实施例中，步骤1中所述的铂盐和钯盐的摩尔比为1:(0.3～3)。