[发明专利]碳点-铂-钯复合体的制备方法

说明书

本发明涉及均匀分散有铂催化剂，表面积宽且稳定，催化剂活性高的铂系纳米复合体的制备方法和由此制备的燃料电池用铂系催化剂及利用其的燃料电池，更详细地，涉及铂、钯及碳点的纳米复合体的制备方法和由此制备的燃料电池用铂系催化剂及利用其的燃料电池，上述铂、钯及碳点的纳米复合体的制备方法包括：步骤(A)，在混合碳点(Cdot)和铂前体及钯前体的状态下，使铂前体及钯前体还原来制备致密的纳米树枝状球形纳米复合体；以及步骤(B)，在上述致密的纳米树枝状球形纳米复合体中选择性地蚀刻钯来赋予多孔性。

技术领域

本发明涉及均匀分散有铂催化剂，表面积宽且稳定，催化剂活性高的铂系纳米复合体的制备方法和由此制备的燃料电池用铂系催化剂及利用其的燃料电池。

背景技术

燃料电池作为使燃料的化学能通过电化学反应直接转换成电能及热能的装置，被考虑为对于新能量要求的解决方案。在燃料电池中，直接甲醇型燃料电池(DMFCs,directmethanol fuel cells)和直接甲酸型燃料电池(DFAFCs,direct formic acid fuelcells)作为便携式电子设备和无污染汽车的重要部件深受瞩目。直接甲醇型燃料电池和直接甲酸型燃料电池的最大的优点为具有高效率性、高能量密度、低的工作温度、低的毒性，可在确保碳化氢燃烧时产生的副产物之类的污染物质不产生的情况下生产电力。但因对于氧化反应的活性低，作为氧化电极(Anode，阳极)催化剂的铂系催化剂的价格昂贵的缺点而在更多范围内的应用受限。

铂(Pt)系催化剂为在碱性电解质溶液中对甲醇及甲酸的氧化最有希望的催化剂。但是，铂系催化剂因吸附于表面的CO和/或反应中间体而容易被中毒(poisioning)。最终，铂系催化剂的电子催化剂活性随着反应时间的经过甚至在数百秒内快速降低。为了增加催化剂的耐中毒性，提高活性来提高电子催化剂性能，并减少催化剂中昂贵的铂的使用量，正在开发如Pt-Ru、Pt-Pd、Pt-Co、Pt-Ti、Pt-V及Pt-Au等作为铂和其他金属的合金形态的二元催化剂(韩国授权专利10-11 37066,美国授权专利8603400)，已被商用化。并且，也正在对三元类催化剂、四元类催化剂进行研究。

与一般的固体催化剂相比，就中空性(hollow)铂系纳米粒子而言，表面积宽，密度低，且对于甲醇和甲酸的氧化的电子催化剂性能高。中空性铂系纳米粒子的电子催化剂性能可通过调节纳米粒子的形状、大小及组成来得到进一步的提高。为此，作为铂系催化剂，提出了制备中空性纳米粒子的很多方法，据报告，有如Pt-Co、Pt-Ni、Pt-Pd等形状和组成不同的多种基于铂的中空性纳米粒子。尽管如此，就多种上述中空性纳米催化剂而言，其合成方法复杂，结构致密，且表面光滑，因而仍存在表面活性不高的问题。

另一方面，开发了如下的多种催化剂，为了减少多种铂系催化剂的凝聚，并增加电导率来使通过反应产生的电流有效流动，使铂系催化剂浸涂于碳黑、碳纳米管、石墨烯、石墨烯氧化物的还原物、无定形碳之类的碳纳米物质的载体中(韩国授权专利10-0480969)。但是，就浸涂于碳载体的催化剂而言，在燃料电池工作期间，多种催化剂金属纳米粒子从碳载体分离，而这成为大大减少催化剂的有效表面积来降低燃料电池性能的主要原因。进而，多种碳载体具有与多种其他物质相结合的性质，当制备工作电极时，夹在很多纳米晶体之间，致使有效表面积大大减少。为了克服这种多种碳载体物质的缺点，作为碳纳米物质的新形态，开发了碳点(Cdot,carbon dot)。