[发明专利]质子交换膜燃料电池催化剂及其制备方法

权利要求书

1.质子交换膜燃料电池催化剂，其特征在于，所述催化剂为金属铂元素与过渡金属元素形成的合金纳米颗粒催化剂，即Pt-M合金催化剂。

2.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化剂，其特征在于，所述过渡金属元素包括铁元素、铬元素、锰元素、镍元素、钴元素及铜元素。

3.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化剂，其特征在于，所述Pt-M合金催化剂为含铂金属元素的三元合金纳米颗粒催化剂。

4.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池催化剂，其特征在于，所述Pt-M合金催化剂为铂-铜-镍、铂-镍-铁、铂-钴-铜、铂-铁-铜、铂-钴-镍或铂-钴-铁三元合金纳米颗粒催化剂。

5.质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)准备原料：

金属前驱体1：二乙酰丙酮铂、四氯铂酸钾或六氯铂酸；

金属前驱体2：二乙酰丙酮铜、硝酸铜或氯化铜；

金属前驱体3：二乙酰丙酮镍或硝酸镍；

金属前驱体4：羰基钨、羰基钼、氯化钨或氯化钼；

第5组分：聚乙烯吡咯烷酮、溴化钠或碘化钠或氯化钠；

第1溶剂：乙二醇、1,3-丙二醇或1,4-丁二醇；

第2溶剂：乙醇、丙酮、异丙醇或甲醇；

(2)将所述金属前驱体1、所述金属前驱体2、所述金属前驱体3及所述第5组分全部溶于所述第1溶剂中，采用磁力搅拌后再逐步加热到160℃-200℃，然后冷却到室温，将得到的产物分离并干燥，干燥后的产物为处理前的铂-铜-镍三元合金纳米颗粒；

(3)将所述处理前的铂-铜-镍三元合金纳米颗粒负载到高比表面积碳黑上，并将其分散于N,N-二甲基甲酰胺中，向反应体系中加入所述金属前驱体4，在160℃-200℃进行处理，处理结束后分离出催化剂并用所述第2溶剂清洗，得到经过表面湿化学处理后的含铂-铜-镍的三元合金纳米颗粒催化剂。

6.如权利要求5所述的质子交换膜燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，所述处理的时间为2-48h。

7.质子交换膜燃料电池催化剂，其特征在于，所述催化剂由权利要求5或6所述方法制备得到。

8.质子交换膜燃料电池的制备方法，包括制备膜电极组件，其特征在于，所述膜电极组件的制备方法包括：将权利要求5或6制备的负载型三元合金纳米颗粒催化剂分散于乙醇溶液形成催化剂分散液，将所述催化剂分散液与质量分数为5％的全氟磺酸树脂溶液以体积比为5:1-1:2混合，并通过超声分散仪进行超声30min-2h形成催化剂浆料液，通过气动喷涂或超声喷涂将所述催化剂浆料液喷涂于气体扩散电极上；采用热压法将负载有所述三元合金纳米颗粒催化剂的气体扩散电极与质子交换膜以三明治结构压制成一体，形成膜电极组件。

9.膜电极组件，包括阴极催化剂，其特征在于，所述阴极催化剂为权利要求1-7任一项所述的质子交换膜燃料电池催化剂。

10.质子交换膜燃料电池，包括膜电极组件，其特征在于，所述膜电极组件为权利要求9所述的膜电极组件。