[发明专利]合金纳米催化剂及其制备方法、燃料电池

说明书

本申请涉及催化剂技术领域，提供了一种合金纳米催化剂，合金纳米催化剂包括碳基担体，以及吸附在碳基担体表面的合金纳米颗粒，所述合金纳米颗粒为蠕虫状。本申请提供的合金纳米催化剂，合金纳米催化剂以碳基作为担体，该碳基担体表面光滑、空隙少，具有较高的化学稳定性；以蠕虫状的合金纳米颗粒吸附在所述碳基担体表面，蠕虫状的合金纳米颗粒具有更高的比活性，且该结构暴露更多合金纳米颗粒位点，使合金纳米催化剂具备良好的导电性能、较高的化学稳定性和高的电化学稳定性；蠕虫状的合金纳米颗粒能够更加稳定地锚定在所述碳基担体表面，稳定性较高，使所述合金纳米催化剂的应用更加广泛。

技术领域

本申请属于催化剂技术领域，尤其涉及一种合金纳米催化剂及其制备方法，以及一种燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种能量转化装置，它是按电化学原理，即原电池工作原理，等温的把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，因而实际过程是氧化还原反应。燃料电池主要由四部分组成，即阳极、阴极、电解质和外部电路。燃料气和氧化气分别由燃料电池的阳极和阴极通入。燃料气在阳极上放出电子，电子经外电路传导到阴极并与氧化气结合生成离子。离子在电场作用下，通过电解质迁移到阳极上，与燃料气反应，构成回路，产生电流。同时，由于本身的电化学反应以及电池的内阻，燃料电池还会产生一定的热量。电池的阴、阳两极除传导电子外，也作为氧化还原反应的催化剂。

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)，是一种新型燃料电池，其电解质是一种固体有机膜，在增湿情况下，膜可传导质子。其作为一种工作效率高、环境友好、室温启动快的洁净能源，目前已成为能源领域的研究热点之一。传统商业用铂碳催化剂的性能衰减有以下几个方面的原因：由于载体的电化学腐蚀导致比表面积下降，影响催化剂的催化能力；金属纳米颗粒在酸性和高电位条件下的溶解及通过质子交换膜迁移造成的损失；金属纳米颗粒在碳黑担体表面的运动和由于电化学腐蚀影响产生的迁移、团聚，以及奥斯特瓦尔德熟化。

目前，基于对质子交换膜燃料电池的研究，依然面临着质子交换膜燃料电池催化剂催化活性较差、稳定性较弱等诸多问题，从而导致质子交换膜燃料电池无法满足现代社会多元化的应用场景和需求。

发明内容

本申请的目的在于提供一种合金纳米催化剂及其制备方法，以及一种燃料电池，旨在解决现有技术中合金纳米催化剂催化活性较差且稳定性弱的问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种合金纳米催化剂，所述合金纳米催化剂包括碳基担体，以及吸附在所述碳基担体表面的合金纳米颗粒，所述合金纳米颗粒为蠕虫状。

第二方面，本申请提供一种合金纳米催化剂的制备方法，包括如下步骤：

在保护气体中，提供具有还原性的形貌导向有机溶剂，混合金属前驱体和所述有机溶剂得到第一混合液，将所述第一混合液进行热处理，得到金属胶体；

混合所述金属胶体和碳基担体分散液，得到所述合金纳米催化剂；

其中，所述合金纳米催化剂包括碳基担体，以及吸附在所述碳基担体表面的蠕虫状的合金纳米颗粒。

第三方面，本申请提供一种燃料电池，所述燃料电池的芯片包括所述的合金纳米催化剂或由所述的合金纳米催化剂的制备方法制备得到的合金纳米催化剂。