[发明专利]Pt或Au修饰的多孔PdFe金属间化合物及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了Pt或Au修饰的多孔PdFe金属间化合物及其制备方法与应用，属于电化学技术领域。所述金属间化合物为纳米粒子，所述纳米粒子的内核为有序的PdFe金属间化合物，表面为Pd均匀分布的多孔结构，所述多孔结构表面修饰有Pt或Au。制备方法是利用醋酸钯和铁盐作为金属源，并将其负载在炭载体上，然后在保护气氛中热分解醋酸盐得到负载型的PdFe金属间化合物，刻蚀掉表面的Fe后，采用表面修饰技术制备出表面多孔且内核有序的Pt或Au修饰的PdFe金属间化合物。本发明制得的Pt或Au修饰的多孔PdFe金属间化合物作为燃料电池阴极氧还原反应催化剂和阳极氢氧化反应催化剂表现出较高的活性和稳定性。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，涉及一种Pt或Au修饰的多孔PdFe金属间化合物及其制备方法与应用，尤其涉及应用于燃料电池阴极氧还原和阳极氢氧化反应电催化剂。

背景技术

随着各国禁售燃油车日程的确定，以氢氧燃料电池为代表的质子交换膜燃料电池(proton electrolyte membrane fuel cell,PEMFC)进入高速发展期。氢氧燃料电池装置除了具备燃料电池的一般优点，如发电效率高、环境污染少外，还具有室温下快速启动、电解液流失少、比功率高和寿命长等优点。然而，PEMFC关键材料方面仍然有待进一步突破，同时成本需要大幅降低。特别是电池所使用的Pt催化剂价格昂贵且容易毒化失活，严重限制了其商业化进程。探索非Pt基或低Pt基催化剂有效减少电极极化，从而提升电池的输出电压和性能是目前公认的挑战课题。理想的PEMFC催化剂应具备以下特点：①催化活性高，具备较多的催化活性位点和较好的抗毒化能力；②稳定性好，具有较好的抗腐蚀性和抗氧化能力，能够满足一定运行周期；③成本低，尽可能降低催化剂对贵金属的依赖以及改进制备工艺。从长远来看，降低Pt的用量以及开发其他储量较为丰富的催化剂对降低PEMFC成本来说至关重要。

众所周知，Pd与Pt同族，电子结构十分相似，因此Pd是一种极有潜力替换Pt的催化剂。近年来，研究者一直致力于经济、快速、大批量地制备高分散的Pd纳米催化剂以提高Pd的利用率和降低催化剂的成本。常规商业化Pd/C以及报道的Pd基催化剂活性、特别是稳定性方面仍然需要进一步提升，探索新型Pd基催化剂应用于燃料电池反应势在必行。

发明内容

本发明解决了现有技术中燃料电池存在催化活性低和循环稳定性不好的技术问题。本发明目的在于提出一种Pt或Au修饰的多孔PdFe金属间化合物及其制备方法与应用。本发明通过高温热处理醋酸盐前驱体制备得到均匀分散于碳载体上的PdFe金属间化合物，再利用刻蚀和表面修饰技术得到Pt或Au修饰的多孔PdFe金属间化合物，应用于燃料电池电极催化剂时，既提高催化剂的催化活性也有效地提升了其循环稳定性。

按照本发明的第一方面，提供了一种Pt或Au修饰的纳米级多孔PdFe金属间化合物，所述金属间化合物为纳米粒子，所述纳米粒子的内核为有序的PdFe金属间化合物，表面为Pd原子均匀分布的多孔结构，所述多孔结构表面修饰有Pt或Au。

优选地，所述纳米粒子的直径为10nm-20nm。

根据本发明的另一方面，提供了Pt或Au修饰的纳米级多孔PdFe金属间化合物的制备方法，含有以下步骤：

(1)制备碳载体吸附醋酸盐的前驱体：将醋酸钯、铁盐和碳载体加入到醋酸中，充分混匀后，蒸发溶剂，使醋酸钯和铁盐均匀地吸附在碳载体表面，干燥后得到醋酸钯和铁盐均匀地吸附在碳载体上的前驱体；所述铁盐为醋酸亚铁或醋酸铁；

(2)制备PdFe金属间化合物：将步骤(1)得到的前驱体在保护气氛中焙烧，所述焙烧的温度为600℃-700℃，使所述前驱体中的醋酸盐热分解，得到PdFe金属间化合物；

(3)制备表面多孔结构PdFe金属间化合物：将步骤(2)得到的PdFe金属间化合物加入到有机醇和盐酸水溶液的混合溶剂中进行浸泡，所述盐酸的终浓度为0.2mol/L-0.5mol/L，使PdFe金属间化合物表面的Fe原子发生刻蚀，形成表面多孔的PdFe金属间化合物；