[发明专利]多孔铂燃料电池催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开一种多孔铂燃料电池催化剂的制备方法，包括以下步骤：将铂盐与非铂金属盐溶于水中，加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌，得到铂盐‑非铂金属盐混合水溶液体系；在氮气的氛围下，向铂盐‑非铂金属盐混合水溶液体系加入还原剂并搅拌；当溶液体系中的金属完全被还原后，加入载体；当金属负载完全后，离心洗涤干燥，得到负载型铂合金催化剂；将负载型铂合金催化剂加入酸性溶液中，进行酸处理；离心洗涤干燥，得到多孔铂燃料电池催化剂。本发明还公开一种多孔铂燃料电池催化剂。本发明具有去合金化法得到多孔铂催化剂具有更高的金属分散度，即本发明催化剂具有铂利用率高、更高的燃料电池催化活性的优点。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及多孔燃料催化剂技术领域。

背景技术

由于人类长期燃烧化石燃料，地球正面临着日益严重的温室效应。传统内燃机每年向大气中排放大量二氧化碳，近年来由于政策法规的推行，内燃机汽车将逐步被新能源汽车代替。目前，主流的新能源汽车是锂离子电池汽车，然而锂离子电池汽车有其无法跨越的技术壁垒，就是其续航里程短且充电时间长。氢燃料电池汽车是新能源汽车的发展趋势，以其零碳排放和快速再装填的特性，逐渐成为目前技术研发和资本布局的热点行业。

目前燃料电池催化剂主要是铂基催化剂，金属铂由于其高昂的价格制约着燃料电池的发展，燃料电池电堆中催化剂占其成本的40％左右，可见降低燃料电池催化剂成本能够加快燃料电池汽车推向市场的步伐。降低催化剂中铂成本的策略分为铂替代和提高铂利用率，铂替代包括非贵金属部分替代和全部替代，但是替代金属铂的非贵金属和其他化合物都无法达到铂的活性。如专利申请201180030314.0公开的铂镍催化剂合金，所述纳米结构化元件包含具有纳米级催化剂颗粒的薄膜的微结构化支承晶须，所述纳米级催化剂颗粒的薄膜包含根据式PtxNi_(1-x)的催化剂材料，其中x在0.21和0.39之间。

铂镍催化剂合金，降低铂的负载量。可以在一定程度上减少铂纳米粒子的尺寸从而提高铂的利用率，但是负载量降低会使单位面积膜电极上铂的活性降低，要达到同等活性就需要更大的膜电极，会使燃料电池堆的体积、重量和成本升高。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，旨在解决现有技术通过降低铂负载量而导致单位面积膜电极上铂的活性降低，要达到同等活性就需要更大的膜电极，会使燃料电池堆的体积、重量和成本升高的技术问题。

本发明通过以下技术手段去解决上述技术问题：一种多孔铂燃料电池催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)将铂盐与非铂金属盐溶于水中，加入聚乙烯吡咯烷酮，得到铂盐-非铂金属盐混合水溶液体系；

步骤(2)在氮气的氛围下，向步骤(1)的铂盐-非铂金属盐混合水溶液体系加入还原剂，进行金属还原；

步骤(3)当步骤(2)的溶液体系中的金属完全被还原后，加入载体，进行金属负载；

步骤(4)当步骤(3)中的金属负载完全后，离心水洗，得到离心中间产物在低温条件下真空干燥，得到负载型铂合金催化剂；

步骤(5)将步骤(4)得到的负载型铂合金催化剂加入酸性溶液中，进行酸处理；当铂合金完全去合金化后，离心水洗，得到离心产物在低温条件下真空干燥，得到产物。

优选地，所述步骤(1)中的铂盐包括氯铂酸、氯铂酸钾和四氨合硝酸铂中的一种或多种。

优选地，所述步骤(1)中的非铂金属盐包括镍盐、钴盐、铁盐中的一种或多种。

优选地，所述步骤(1)中铂盐与非铂金属盐的摩尔比例为1:3～3:1，铂盐与非铂金属盐溶于水后的总浓度为12mmol/L，其中铂盐浓度为3～9mmol/L，非铂金属盐浓度为 3～9mmol/L。