[发明专利]复合催化剂颗粒及其制备方法和应用

说明书

本发明实施例公开了一种复合催化剂颗粒及其制备方法和应用，复合催化剂颗粒包括载体、载体保护层、金属颗粒和金属颗粒保护层，所述复合催化剂颗粒为球状，所述载体位于所述复合催化剂颗粒的核心，所述载体保护层包覆所述载体，所述金属颗粒分散在所述载体保护层上，所述金属颗粒保护层包覆所述金属颗粒；所述载体为碳材料；所述载体保护层为多孔氧化物；所述金属颗粒为铂族金属单质颗粒、铂族金属合金颗粒或铂族金属‑非铂族过渡金属合金颗粒；所述金属颗粒保护层为氧化物陶瓷；所述载体、所述载体保护层、所述金属颗粒和所述金属颗粒保护层的质量比为50～60:10～15:10～20:10～15；所述复合催化剂颗粒的粒径为45nm～60nm。本发明的复合催化剂颗粒具有突出的稳定性、耐腐蚀性以及电催化性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，更具体地，涉及一种复合催化剂颗粒及其制备方法和应用。

背景技术

燃料电池是用于发电的最佳替代能源之一。在不同类型的燃料电池中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于其高效率、快速启动时间和较低的工作温度而引起了广泛的关注。然而，用于燃料电池的催化剂的高成本和耐久性问题，使PEMFC的进一步商业化难于推广。

现有技术中，常用的催化剂为碳负载铂系金属，通常使用炭黑作为载体，炭黑在PEMFC的高工作电极电势和富氧环境的严苛条件下，尤其在频繁的启动和关闭操作下，易受到严重腐蚀，这意味着碳负载对铂系金属的吸附力被削弱，导致铂系金属易脱落和降解，使催化剂失效，从而造成PEMFC不可逆转的电性能损失。另，铂系金属在PEMFC长期运行下易在碳负载表面团聚，以致进一步溶解，也导致催化剂失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种更高耐腐蚀性和更高耐久性的催化剂。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种复合催化剂颗粒，包括载体、载体保护层、金属颗粒和金属颗粒保护层，所述复合催化剂颗粒为球状，所述载体位于所述复合催化剂颗粒的核心，所述载体保护层包覆所述载体，所述金属颗粒分散在所述载体保护层上，所述金属颗粒保护层包覆所述金属颗粒；

所述载体为碳材料；

所述载体保护层为多孔氧化物；

所述金属颗粒为铂族金属单质颗粒、铂族金属合金颗粒或铂族金属-非铂族过渡金属合金颗粒；

所述金属颗粒保护层为氧化物陶瓷；

所述载体、所述载体保护层、所述金属颗粒和所述金属颗粒保护层的质量比为50～60:10～15:10～20:10～15；

所述复合催化剂颗粒的粒径为45nm～60nm。

本发明还提供了上述复合催化剂颗粒的制备方法，包括以下步骤：

将可溶性铝盐、可溶性碳酸盐、碳材料、多孔氧化物、还原剂、可溶性金属颗粒前体和可溶性氧化物陶瓷前体分散于介质中，得混合液；其中，所述碳材料、所述多孔氧化物和所述可溶性金属颗粒前体中的金属含量的质量比为50～60:10～15:10～20，所述多孔氧化物和所述可溶性氧化物陶瓷前体的摩尔比为1～2.2；所述可溶性金属颗粒前体为能够被还原形成铂族金属单质颗粒、铂族金属合金颗粒或铂族金属-非铂族过渡金属合金颗粒的可溶性的盐或酸；

将所述混合液置于密闭条件中，去除密闭条件中的O₂，向所述混合液通入CO₂气体，加热至200℃～300℃，充分反应，得沉淀；

煅烧所述沉淀，得所述复合催化剂颗粒。

本发明还提供了上述的复合催化剂颗粒在膜电极组件和燃料电池电堆中的应用。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：