[发明专利]一种燃料电池膜电极催化剂、其制备方法和应用

权利要求书

1.一种燃料电池膜电极催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将过渡金属阳离子源化合物溶于第一溶剂，得到第一溶液；

将有机含氮配体溶于第二溶剂，得到第二溶液；

将多孔导电碳材料分散于第三溶剂，得到悬浊液；

S2、将所述第一溶液与第二溶液混合后，再与所述悬浊液混合进行吸附，经分离，得到固相物质；

S3、将所述固相物质通过退火处理进行反应，得到燃料电池膜电极催化剂；所述燃料电池膜电极催化剂包括多孔导电碳载体，以及负载于所述载体内部孔隙中的过渡金属和氮；

所述第一溶剂和第二溶剂独立地选自水、油胺、环己烷、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲醇、乙醇和油酸中的一种或多种；所述第三溶剂的种类均不同于第一溶剂和第二溶剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述燃料电池膜电极催化剂中，过渡金属、氮与碳这三种组成基元的摩尔比为(1～50)：(1～50)：100。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第三溶剂选自水、乙醇、甲醇、乙二醇、乙酸乙酯、甲苯、丙酮、乙二胺、三乙醇胺、二甲基甲酰胺和乙腈中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔导电碳材料选自活性炭、导电炭黑、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯和富勒烯中的一种或多种，比表面积在200-2000m²/g之间。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述有机含氮配体选自2,2-联吡啶、二氨基吡啶、甲基吡啶、乙基吡啶、羟基吡啶、硝基吡啶、邻菲罗啉和二氰二胺中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述吸附通过-20～30℃条件下搅拌不少于半小时实现。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述退火处理包括：以1～10℃/分钟的升温速率，升温至500～1000℃煅烧0.5～5小时，之后以1～50℃/分钟的速率冷却。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，溶于第一溶剂的物质还包括表面活性剂，所述表面活性剂选自聚乙烯亚胺、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、乙二胺四乙酸二钠、聚乙烯吡咯烷酮、月桂酰基谷氨酸、十八烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和泊洛沙姆三嵌段共聚物中的一种或多种。

9.一种燃料电池膜电极催化剂，其特征在于，由权利要求1～8中任一项所述的制备方法制得；所述燃料电池膜电极催化剂为10nm以下的超微纳米团簇或者具有原子级分散的单位点结构；所述燃料电池膜电极催化剂具有疏水性。

10.如权利要求1～8中任一项所述的制备方法得到的催化剂或权利要求9所述的催化剂，在制备燃料电池膜电极中的应用。