[发明专利]一种Pd-WO3

说明书

本发明涉及一种Pd‑WO₃/C质子交换膜燃料电池阳极电催化剂及其制备方法和应用，所述Pd‑WO₃/C质子交换膜燃料电池阳极电催化剂包括：碳黑基底、以及负载于碳黑基底上的Pd纳米晶粒和WO₃纳米晶粒，所述WO₃纳米晶粒的含量为15～30wt%，所述Pd纳米晶粒的负载量为2～8wt%。

技术领域

本发明涉及一种用于质子交换膜燃料电池阳极氢的电氧化催化剂，具体涉及一种Pd和WO₃共负载于碳黑的阳极电催化剂及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cells，PEMFCs)具有低温快速启动、高比功率和高比能量等特点，被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术之一。一方面，目前商业化的PEMFCs的催化剂，使用了贵金属Pt，并且其用量达到20-40wt％，Pt的高成本和有限储量造成PEMFCs的推广应用较为困难。另一方面，PEMFCs的阳极燃料来源主要是重整氢气如煤化工制氢，含有一定量的CO，而CO分子极易吸附在Pt催化剂表面并覆盖于活性位点，引起Pt催化剂的中毒，从而影响质子交换膜燃料电池的性能和寿命，使得PEMFCs在全面商业化上仍有困难。因此，研究出具有高活性、低成本、抗CO中毒性能的非Pt阳极催化剂材料体系是促进PEMFCs推广应用中急需解决的重要问题。

WO₃具有特殊的电化学催化性能，在酸性环境中可以与氢形成一种氢钨青铜型化合物H_xWO₃，具有良好的质子传导能力，还可以降低CO在催化剂上的吸附，提高催化剂的抗CO中毒性能。然而WO₃导电性较差、活性位点较少，是限制其作为阳极催化剂的一个重要原因。中国专利1(公开号CN109745969A)公开了一种碳载超小尺寸(3nm左右)贵金属纳米粒子催化剂及制备方法，即将活性炭、硝酸铂或硝酸钯加入水和乙醇中形成悬浊液，采用快速雾化干燥，制备得到固态粉末状前驱物，并将所得固态粉末状前驱物在还原气氛(氢气和氩气)中、300-650℃下煅烧，得到超小尺寸贵金属负载于活性炭表面的材料。该制备方法中虽然贵金属(Pd、或Pt)与商用活性炭的质量比为(0.5～5)：100，但其仅为贵金属催化剂的制备方法，并未涉及PEMFCs阳极或阴极催化剂使用，更未涉及PEMFCs阳极抗CO性能方面的发明。中国专利2(公开号CN 101615677 A)公开了一种用于燃料电池膜电极的电催化剂及其制备方法及燃料电池膜电极，即将保水物质(如WO₃)的有机前驱体溶于易挥发有机溶剂(乙醇)中，然后加入已经过预处理的碳载体，经过室温下的搅拌、40－70℃的真空干燥，以及200-600℃惰性气体的热处理，得到保水物质沉积的碳载体即复合载体；然后将贵金属Pt后处理沉积到该复合载体上得到。该发明中所属保水物质(WO₃)的含量为0.3-10wt％，贵金属为Pt并且Pt其的含量高达10-60wt％。该高含量的贵金属Pt，在现有Pt等贵金属资源储备有限的世界环境中，推广应用到质子交换膜燃料电池中是很艰难的。中国专利3(公开号CN103657648A)公开了一种燃料电池电催化剂Pt/WO₃/C的制备方法，即先用介孔SiO₂为模板合成介孔WO₃，然后将介孔WO₃和碳黑(XC-72R)分散到非水溶剂中通过物理混合得到混合载体WO₃/C，再通过乙二醇还原的方法将Pt颗粒负载到该混合WO₃/C载体中。该发明中通过物理混合方法得到的WO₃/C载体中，介孔WO₃易偏析从而和碳黑分离开来，使Pt催化剂不能均匀分布于WO₃/C的界面，不利于WO₃助催化剂作用的发挥；同时，该发明中的贵金属为Pt并且其的含量达到10-30wt％，WO₃的比例仅为Pt的0.1～1％，该催化剂中高Pt使用量也不利于该复合材料Pt/WO₃/C在PEMFCs中的推广应用。

发明内容