[发明专利]具有高HOR催化活性的Pt合金及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了具有高HOR催化活性的Pt合金及其制备方法和应用，所述Pt合金的比表面积不低于30m²/g或粒径为3～9nm，为Pt‑Ir合金、Pt‑Au合金或Pt‑Ag合金。本发明的Pt合金，具有更好的HOR催化活性，应用在PEMFC的MEA阳极中，可以在保证阳极性能不受影响的情况下，减少PGM的用量，有助于降低PEMFC的成本。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别涉及燃料电池催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)应用在越来越多的领域，其终极目标是作为动力源使用，包括公共汽车、卡车和普通乘用车的动力源使用。膜电极组件MEA是PEMFC的核心，由夹在两个电极(阳极和阴极)之间的膜组成，而这两个电极本身又夹在两个气体扩散层之间。

现有技术中，商品化的MEA中通常含有的铂族金属PGM量约为0.25～0.3mg/cm²，换算到一辆燃料电池乘用车的用量约为25～35g，是传统的燃油车催化转化器中PGM的使用量的4～6倍。PGM价格相对昂贵且产量有限，在保证PEMFC性能的情况下，降解PGM的用量具有非常重要的意义。

PEMFCs MEA中的PGM的负载目标是约0.125mg/cm²。MEA中，80％的PGM负载在阴极上，MEA上约0.125mg/cm²的PGM负载量，意味着阴极PGM的负载量约为0.10mg/cm²，阳极PGM的负载量约为0.025mg/cm²。而现有的MEA中，阳极上PGM的负载量为0.05～0.10mg/cm²。这对阳极上PGM的催化活性提出了更高的要求。

已有研究显示，当MEA阳极上Pt的负载量由0.10mg/cm²降低至0.05mg/cm²时，MEA的性能基本没有影响。考虑到这一事实，现有MEA阳极上负载超过0.05mg/cm²的Pt唯一的动机是提供性能余量，应对燃气中CO或H₂S污染导致催化性能损失、“逆转”反应导致的阳极降解。MEA阳极上Pt的负载量为0.05～0.10mg/cm²时性能不下降的原因是HOR(hydrogenoxidation reaction氢氧化反应)动力曲线的急剧变化。但是当Pt的负载量低于0.05mg/cm²时，PEMFC的HOR曲线不再保持不变，可以观察到明显的性能下降(图1)。显然的，虽然Pt是最有希望的HOR催化剂，但是并不能在约0.025mg/cm²的负载量下提供足够的催化性能。为了进一步降低阳极中Pt的负载量，唯一可行的方法是提高其负载的催化剂的HOR性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的至少一个不足，提供一种具有更高HOR催化活性的Pt合金及其应用。

本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一个方面，提供：

一种Pt合金，其比表面积不低于30m²/g或粒径为3～9nm，所述Pt合金选自：

Pt-Ir合金，其中，Ir的摩尔百分数为45％～55％，余量为Pt；或

Pt-Au合金，其中，Au的摩尔百分数为5％～15％，余量为Pt；或

Pt-Ag合金，其中，Ag的摩尔百分数为5％～15％，余量为Pt。

在一些实例中，所述Pt-Ir合金中Ir的摩尔百分数为48～55％、优选50～55％，更佳为52～55％。

在一些实例中，所述Pt-Au合金中Au的摩尔百分数为9～13％、优选11～13％。