[发明专利]一种Pt-Ni合金催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种Pt‑Ni合金催化剂及其制备方法与应用，属于贵金属催化剂技术领域。所述制备方法包括：将铂盐和镍盐溶解于第一溶剂中，磁力搅拌得到铂盐和镍盐的混合溶液，所述第一溶剂为酰胺类溶剂；将步骤1制得的混合溶液转移至反应斧内并向所述反应釜内鼓入CO气体，加热至160℃‑210℃反应10‑60min，通过搅拌的方式使反应液冷却，得到Pt‑Ni合金纳米晶溶液；将碳载体分散在第二溶剂中，得到碳载体悬浮液；将步骤2所述Pt‑Ni合金纳米晶溶液分散在步骤3所述碳载体悬浮液中，搅拌至少3h，然后过滤、洗涤、干燥，得到以Pt‑Ni合金为活性成分的Pt‑Ni/C催化剂。该方法在不使用长碳链表面活性剂的条件下制备出了催化剂，降低了催化剂生产成本低，提高了催化剂的催化活性。

技术领域

本发明属于贵金属催化剂领域，涉及一种质子交换膜燃料电池膜电极电催化剂及其制备方法，涉及Pt-Ni/C电催化剂及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池是将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置，因其能量转换效率高、环境污染少、可靠性高及无噪音等优点，被列为21世纪重要的可替代能源。然而，迄今为止，燃料电池的成本和寿命限制了它的广泛应用尤其是在民用领域的应用。膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件，决定着质子交换膜燃料电池的性能以及成本等。膜电极主要由催化层(包括阳极催化剂层和阴极催化剂层)、气体扩散层和质子交换膜组成，其中催化层是发生电化学反应的场所，决定着膜电极的性能。目前催化层的催化剂大多采用贵金属Pt催化剂，其全球储备量有限，成本高昂，严重阻碍了燃料电池商业化发展的进程。

降低催化剂的Pt含量和提高催化活性对于降低燃料电池的成本具有重要意义。近年来，Pt基合金催化剂在提高Pt利用率及提高催化剂的耐久性方面引起了各研究者的关注。进一步研究发现，形貌控制的Pt-Ni合金因显示优秀的催化活性而成为研究的热点，但是到目前为止，大部分控制Pt基合金形貌的过程都涉及使用不同长碳链的表面活性剂，而表面活性剂在合金表面的吸附作用很强，合成反应结束后很难将其从金属颗粒表面完全除去，不利于Pt基合金催化剂电催化活性的提高。

发明内容

本发明技术要解决的问题是：克服现有技术不足，提供一种质子交换膜燃料电池膜电极电催化剂的制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明实施例一种Pt-Ni合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将铂盐和镍盐溶解于第一溶剂中，磁力搅拌得到铂盐和镍盐的混合溶液，所述第一溶剂为酰胺类溶剂；

步骤2、将步骤1制得的混合溶液转移至反应斧内并向所述反应釜内鼓入CO气体，加热至160℃-210℃反应10-60min，通过搅拌的方式使反应液冷却，得到Pt-Ni合金纳米晶溶液；

步骤3、将碳载体分散在第二溶剂中，得到碳载体悬浮液；

步骤4、将步骤2所述Pt-Ni合金纳米晶溶液分散在步骤3所述碳载体悬浮液中，搅拌至少3h，然后过滤、洗涤、干燥，得到以Pt-Ni合金为活性成分的Pt-Ni/C催化剂。

在一可选实施例中，步骤1所述的酰胺类溶剂为甲酰哌啶或者二甲基酰胺中的一种或者两者组合。

在一可选实施例中，步骤1中所述的铂盐和镍盐的摩尔比为1:(0.3～3)。

在一可选实施例中，步骤1中所述的反应釜内CO气体的压力为1.5～3.0bar。

在一可选实施例中，步骤4所述的将步骤2所述Pt-Ni合金纳米晶溶液分散在步骤3所述碳载体悬浮液中，包括：