[发明专利]一种用于燃料电池的超低铂含量催化剂及制备方法

权利要求书

1.一种用于燃料电池的超低铂含量催化剂，其特征在于，所述催化剂为金属复合颗粒负载于碳的复合体，所述金属复合颗粒为过渡金属-贵金属-铂的多层核壳结构，所述过渡金属内核的粒径为10-80 nm，所述中间层贵金属层厚度为0.1-2 μm，所述最外层铂层的厚度0.5-1.1 nm。

2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的超低铂含量催化剂，其特征在于，所述过渡金属为Cr、Ni、Co、Mn、Mo金属中的一种，所述贵金属层为Ag、Au或Pd金属中的一种。

3.如权利要求1所述的一种用于燃料电池的超低铂含量催化剂，其特征在于，所述金属复合颗粒的负载率为10-15wt%。

4.权利要求1-3任一项所述一种用于燃料电池的超低铂含量催化剂的制备方法，其特征在于，采用过渡金属盐和贵金属盐为原料，具体制备步骤如下：

（1）按摩尔比例份称取过渡金属盐0.6-0.7份、贵金属盐0.3-0.4份、硫酸铜0.1-0.2份、稀硫酸5-8份、氯铂酸钾0.5-1.5份、油胺6-15份、三辛基膦18-30份、有机溶剂55-70份、去离子水适量待用；

（2）将贵金属盐溶于去离子水中，得到摩尔浓度为0.2-3.1mol/L的贵金属离子溶液，再将过渡金属盐与油胺和三辛基膦均匀混合后，室温下开始升温，升温至180-270 ℃，保温2-3min形成悬浊液，滴加贵金属盐溶液，搅拌均匀，保温0.5-1.5h，形成复合悬浊液；

（3）将所述复合悬浊液置于气流速度为0.5-2m/min气流中，使悬浊液冷却至室温，冷却后使用离心机对悬浊液进行离心处理，离心机转速为600-1000rpm，离心2-5min，经过干燥后获得球状纳米颗粒；

（4）将所述球状纳米颗粒涂覆在石墨电极表层，经过真空预烧热碳还原将球状纳米颗粒负载于石墨电极表面，得到负载催化剂前驱体的电极材料；

（5）在氮气保护下，将步骤（4）制备的所述电极材料置于硫酸铜与稀硫酸溶液中进行电化学处理，在电极表层沉积单层铜膜，制得铜复合催化剂的电极；

（6）将铜复合催化剂的电极取出置于氯铂酸钾和稀硫酸溶液中浸泡30min，获得过渡金属-贵金属-铂的多层核壳结构催化剂层负载于石墨电极表层，将所述催化剂层从电极表面剥离，经清洗干燥后通过后续碳负载获得所需的催化剂。

5.如权利要求4所述的一种用于燃料电池的超低铂含量催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、四氢呋喃、吡咯烷酮、二甲亚砜中的一种。

6.如权利要求4所述的一种用于燃料电池的超低铂含量催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述过渡金属盐为Cr、Ni、Co、Mn、Mo的醋酸盐、硝酸盐、硫酸盐或卤代盐一种，所述贵金属盐为Ag、Au或Pd中的一种的硝酸盐或硫酸盐。

7.如权利要求4所述的一种用于燃料电池的超低铂含量催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中制备所述球状纳米颗粒的最内层为过渡金属盐，第二层为有机相层，第三层为贵金属盐层，第四层与第二层相同为有机相层。

8.如权利要求4所述的一种用于燃料电池的超低铂含量催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述真空预烧真空度为10-20Pa，预烧温度为650-750℃。

9.如权利要求4所述的一种用于燃料电池的超低铂含量催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述电化学处理方法为将负载催化剂前驱体的电极材料置于阴极，控制电流密度为1-100mA/cm²，电化学处理时间为10-40min。