[发明专利]制备多组分合金催化剂的方法

说明书

本申请涉及制备多组分合金催化剂的方法。具体地，制备其上负载有催化金属的多组分合金催化剂的方法包括：制备碳复合物，所述碳复合物具有由阳离子聚合物包覆的碳载体；使含有至少两种金属元素的催化金属负载在碳复合物上，从而制得合金催化剂前体；以及洗涤合金催化剂前体以除去阳离子聚合物。

技术领域

本申请涉及用于制备多组分合金催化剂的方法，在所述多组分合金催化剂上负载有催化金属。

背景技术

由于纳米尺寸的金属粒子的独特性质，在过去数十年中已经在各种技术领域中对纳米尺寸的金属粒子进行了研究。特别地，铂因其优良的表面活性已经用于包括燃料电池在内的各种催化反应中，但是由于高价格和有限的剩余可发现储量，铂的使用受到限制。

因此，为了解决上述问题，需要含有减少量的铂的催化剂。为了实现这一目的，已经开发了含有铂与过渡金属的合金的铂基多组分合金催化剂，从而使得可以降低铂含量。然而，这种催化剂是以复杂的工艺合成的，并且难以负载相当于市售铂催化剂负载的催化金属的量，这样使得催化剂性能和耐久性受限。

此外，铂催化剂必须经受复杂的工艺，其中诸如pH的条件要长时间加以控制以便增加在其上负载的金属的量。在含有三种或更多种组分的合金催化剂的情况下，其合成工艺更复杂，并且因为难以或不可能制备能够负载约60重量％或以上的高量的金属的催化剂，所以合成并使用的是负载20重量％至40重量％的低量的金属的催化剂。

提供于背景部分中公开的上述信息仅仅是为了增强对所公开的实施方案的背景的理解，因此其可以包含不构成已为本领域普通技术人员所公知的现有技术的信息。

发明内容

呈现所公开的实施方案是为了解决与现有技术相关的上述问题。

本申请的一个目的是提供制备多组分合金催化剂的方法，所述多组分合金催化剂含有三种或更多种组分，所述方法能够增加负载在多组分合金催化剂上的金属量并解决工艺复杂性。

本申请的另一个目的是提供制备多组分合金催化剂的方法，所述多组分合金催化剂能够减少铂的使用量并提供优良的催化活性。

本申请的目的不限于上述那些。通过以下描述和权利要求可以清楚地理解本申请的目的。

在一个方面，本申请提供了制备多组分合金催化剂的方法。所述方法包括：制备碳复合物，所述碳复合物具有由阳离子聚合物包覆的碳载体；使含有至少两种金属元素的催化金属负载在碳复合物上，从而制得合金催化剂前体；以及洗涤合金催化剂前体以除去阳离子聚合物。

所述方法可以进一步包括：在除去阳离子聚合物之后，在惰性气体气氛下干燥不含阳离子聚合物的产物。

阳离子聚合物可以选自于聚乙烯亚胺(PEI)、聚乙烯亚胺乙氧基化物(PEIE)、多聚-L-赖氨酸(poly-L-lysine，PLL)以及它们的组合。

可以通过以下方式制备碳复合物：将碳载体和阳离子聚合物以1:0.5至1:2的重量比添加至溶剂中，接着进行搅拌。

催化金属可以包含：铂(Pt)和至少一种选自于铜(Cu)、铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、铬(Cr)及其组合的过渡金属。

催化金属可以包含：铂(Pt)、铜(Cu)和至少一种选自于铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、铬(Cr)及其组合的过渡金属。

制备合金催化剂前体可以包括：将过渡金属前体添加至分散有碳复合物的分散体中，将铂前体添加至含有过渡金属前体的分散体中，以及使含有铂前体的分散体反应。

反应可以在150℃至250℃的温度下进行10小时至20小时。

可以用60℃至70℃的蒸馏水洗涤合金催化剂前体以除去阳离子聚合物。