[发明专利]一种铂基合金催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种铂基合金催化剂的制备方法，其包括以下步骤：（1）制备纳米尺寸的铂与3d过渡金属的合金颗粒；（2）将步骤（1）制备的合金颗粒进行酸处理；（3）将经过步骤（2）处理过的合金颗粒进行退火处理；本发明所制备的铂基合金催化剂能够防止过渡金属在工作环境中的流失，实现了铂基合金催化剂在长期的使用过程中电化学活性面积、氧还原比活性、氧还原质量活性等性能基本保持不变，确保了铂基合金催化剂的长期耐久使用，适于工业化大生产。

技术领域

本发明属于催化剂领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池用的催化剂，具体涉及一种铂基合金催化剂的制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是氢能经济的核心，PEMFC通过氢气冷燃烧将化学能转化为电能，水是唯一排放物，而PEMFC的阴极氧还原反应由于过电势较高，贵金属铂催化剂能够有效降低过电势，从而实现氢能的高效利用。但贵金属铂催化剂价格昂贵，若能降低阴极催化剂的铂用量进而降低生产成本，将是实现PEMFC大规模商业应用的关键。目前铂与3d过渡金属的合金化已被证明是减少铂用量的有效手段，然而，合金催化剂中的过渡金属(如Ni、Co、Fe等)极易发生流失，不仅导致催化剂的氧还原活性大幅下降，而且流失的金属阳离子还会降低质子交换膜的质子传导效率，因此，提高铂基合金催化剂的耐久性是燃料电池催化剂领域亟待解决的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的铂基合金催化剂的制备方法，其能够防止过渡金属在工作环境中的流失，从而实现铂基合金催化剂在长期的使用过程中电化学活性面积、氧还原比活性、氧还原质量活性等性能基本保持不变，确保了铂基合金催化剂的长期耐久使用。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：一种铂基合金催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)制备纳米尺寸的铂与3d过渡金属的合金颗粒；

(2)将步骤(1)制备的合金颗粒进行酸处理；

(3)将经过步骤(2)处理过的合金颗粒进行退火处理。

根据本发明的一些优选方面，步骤(1)中，控制所制备的合金颗粒中铂与3d过渡金属的原子数量比为1∶1～5。

更优选地，步骤(1)中，控制合金颗粒中铂与3d过渡金属的原子数量比为1∶1～3。

根据本发明的一个具体方面，步骤(1)中，控制合金颗粒中铂与3d过渡金属的原子数量比为1∶3。

根据本发明的一些优选方面，步骤(1)中，控制所制备的合金颗粒的粒径为2～6nm。根据本发明的一些具体且优选的方面，步骤(1)中，控制所制备的合金颗粒的粒径为2～5nm。

根据本发明的一些优选方面，步骤(2)，控制所述酸处理后的合金颗粒中铂与3d过渡金属的原子数量比为1∶0.1～0.8。

更优选地，步骤(2)中，控制所述酸处理后的合金颗粒中铂与3d过渡金属的原子数量比为1∶0.3～0.7。

根据本发明的一个具体方面，步骤(2)中，控制所述酸处理后的合金颗粒中铂与3d过渡金属的原子数量比为3∶1。

根据本发明的一些优选方面，步骤(2)中，所述酸为选自醋酸、硫酸、硝酸和高氯酸中的一种或多种的组合。此处虽然列举了一些具体的种类，但并不仅限于此，还可以包括其它能使3d过渡金属发生刻蚀溶解的酸。

根据本发明的一些优选方面，步骤(2)中，使所述酸处理在40～90℃下进行。

根据本发明的一些具体且优选的方面，步骤(2)中，使所述酸处理在50～80℃下进行。

根据本发明一些具体且优选的方面，步骤(2)中，采用浓度为0.1～2mol/L的酸性水溶液对所述合金颗粒进行所述酸处理。