[发明专利]一种用于燃料电池的非铂、枝晶状三元PdCuCo合金纳米催化剂

说明书

本发明公开了一种用于燃料电池的非铂、枝晶状三元PdCuCo纳米合金催化剂的合成方法，包括如下步骤:(1)将质量为10‑200mgPVP加入到乙二醇溶液中，室温下搅拌10分钟左右，直至溶液混合均匀，(2)将金属前驱体钯盐、铜盐和钴盐加入到步骤(1)所得溶液中，金属前驱体的量均为0.01～0.04mol，搅拌10分钟左右，直至溶液混合均匀，(3)将氨水加入到(2)所得溶液中，氨水的体积为0.05～1mL,搅拌10分钟左右，直至溶液混合均匀，(4)将步骤(3)所得溶液转移到高压反应釜中反应4‑16个小时，温度控制在120～180℃，(5)将步骤(4)所得产物冷却后进行洗涤，离心分离后得到非铂、枝晶状三元PdCuCo纳米合金。

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池的非铂、枝晶状三元PdCuCo合金纳米催化剂合成及应用。

背景技术

目前，金属Pt是燃料电池的最佳催化剂，可以作为燃料电池的阳极和阴极催化剂。但是，由于其稀有性、商业成本较高，导致其成为燃料电池商业化的最大障碍之一；尤其在金属Pt作为醇类燃料电池的阴极催化剂的时候，会受到来自阳极的醇类的毒化而降低催化活性，所以寻找更廉价、更抗醇类毒化的商业替代催化剂成为燃料电池领域的重要发展方向。本发明成功的在液相体系中成功合成了一种用于燃料电池的非铂、枝晶状三元PdCuCo合金纳米催化剂，其合成方法与形貌控制技术还没有案例。非铂、枝晶状三元PdCuCo合金纳米催化剂作为阳极对甲酸的氧化有优异的催化活性，作为阴极催化剂具有优异的氧气还原活性和醇类耐受性，并且由于Cu、Co等非贵金属的加入增强了催化剂的活性和稳定性；同时Cu、Co的加入大幅度降低催化剂的成本。因此本发明的非铂、枝晶状三元PdCuCo合金纳米催化剂在燃料电池领域具有重要意义和实际的应用前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：(1)获得一种非铂枝晶状三元PdCuCo纳米晶体，该种具有丰富缺陷晶体，形貌统一，在燃料电池中作为阳极对甲酸的氧化和阴极催化剂对氧气的还原均具有优异的活性；(2)该晶体是一种具有优异的醇类耐受性的燃料电池阴极催化剂。

本发明的技术方案是：一种用于燃料电池的非铂枝晶状三元PdCuCo纳米合金催化剂的合成方法，包括如下步骤:(1)将质量为10-200mg的PVP加入到乙二醇溶液中，室温下搅拌10分钟左右，直至溶液混合均匀，(2)将金属前驱体钯盐、铜盐和钴盐加入到步骤(1)所得溶液中，金属前驱体的量为0.015～0.035mmol，搅拌10分钟左右，直至溶液混合均匀，(3)将氨水加入到(2)所得溶液中，氨水的体积为0.1～1mL,搅拌10分钟左右，直至溶液混合均匀，(4)将步骤(3)所得溶液转移到高压反应釜中反应6-12个小时，温度控制在135～165℃，(5)将步骤(4)所得产物冷却后进行洗涤，离心分离后得到花状三元PdCuCo纳米合金。

所述的步骤(1)中所述的PVP的质量为10-200mg。

所述的步骤(1)(2)中所述的金属钯盐前驱体为Na₂PdCl₄水溶液；金属铜盐前驱体为CuCl₂水溶液,金属钴盐前驱体为CoCl₂水溶液。

所述的步骤(3)将氨水加入到(2)所得溶液中，氨水的体积为0.1～1mL，搅拌10分钟左右，直至溶液混合均匀。

所述的步骤(4)中所述在高压反应釜中反应温度控制在135～165℃，反应时间为6-12小时。

本发明的有益效果：由该方法可以控制合成非铂枝晶状三元PdCuCo纳米合金的产物形貌。(1)获得一种非铂枝晶状三元PdCuCo纳米晶体，该种具有丰富缺陷晶体，形貌统一，在燃料电池中具有优异的活性与稳定性；(2)该晶体是一种具有优异的醇类耐受性的燃料电池阴极催化剂。

附图说明

图1为枝晶状三元PdCuCo合金催化剂的透射电子显微镜观察结果图；

图2为枝晶状三元PdCuCo纳米合金用X射线衍射测试结果图；