[发明专利]一种离子液体修饰的氧还原反应催化剂及制备方法

说明书

本发明提供了一种离子液体修饰的氧还原反应催化剂及制备方法，包括如下步骤：1）、将60%商业Pt/C与去离子水混合，超声均匀得到混合物A；2）、将异丙醇与疏水性离子液体混合，超声均匀得到混合物B；3）、将混合物A和混合物B，超声均匀，将所得均匀混合物进行旋转蒸发干燥，得到离子液体修饰的氧还原反应催化剂。本发明利用离子液体修饰60%商业Pt/C催化剂，方法简单，离子液体有效的包覆60%商业Pt/C催化剂表面，且该催化剂在酸性条件下氧还原反应性能显著提升。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种离子液体修饰的氧还原反应催化剂及制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有功率密度高、比能量高、环境友好、无排放、电池寿命长等优点，是电动汽车、固定式和便携式设备的理想电源。质子交换膜燃料电池的阴极氧还原反应是电极反应的速率控制步骤，目前质子交换膜燃料电池电极催化剂高度依赖于铂（Pt）基材料的催化作用。Pt基催化剂虽然具有最佳的综合催化性能，但Pt的高成本、稀缺性和低耐久性限制了它们的大规模应用。离子液体（ILs）作为一种较低成本的绿色能源转化反应介质，与目前商业化的Pt相比，已引起人们的广泛关注。

离子液体是一种在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐。离子液体具有难挥发、结构可调、亲憎水性可调，氧气溶解度大、质子传递速率大（质子型离子液体）等优点，是燃料电池催化剂优良的改性剂之一。B.J.M. Etzold等人（G.-R. Zhang,M. Munoz, B.J.M. Etzold, et al. Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55: 2257-2261.）报告了通过使用疏水性离子液体来加速ORR动力学过程，保护Pt位点表面氧化，催化剂的质量活性提高了三倍。同时，离子液体可以在铂催化剂表面形成一层膜，防止铂的烧结，进而提高铂的稳定性。J. Erlebacher和同事们（Joshua, K. Livi, J. Erlebacher. Adv.Funct. Mater. 2013, 25: 5394-5501.）阐明了离子液体包裹的碳负载Ni/Pt纳米多孔催化剂，在IL中的高O₂溶解度，加上催化剂孔内的受限环境，改善了ORR动力学，提高了催化剂的稳定性。质子型离子液体还可以实现非水条件下的质子传递，从而形成非增湿型氢燃料电池（S.-Y. Lee, A. Ogawa, M. Kanno, et al. J. Am. Chem. Soc., 2010, 132,9764-9773.）。因此，离子液体修饰已经成为提高催化剂活性、降低铂使用量的重要方法之一。

质子交换膜燃料电池的成本与寿命限制其商业化的推广，而其成本与寿命主要取决于阴极阴极催化剂稀缺贵金属铂的用量以及以及氧还原反应的高效稳定进行。氧还原反应具有，因此对电池性能构成障碍。使用离子液体作为ORR改性剂可改善阴极ORR相对缓慢的化学动力学，但仍有待开发另外离子液体对其进行改进。

发明内容

本发明提出了一种离子液体修饰的氧还原反应催化剂及制备方法，采用两种疏水性离子液体，质子型[C₂im][NTf₂]和非质子型[C₄C₁im][NTf₂]以不同离子液体添加量、不同溶剂比，不同蒸发温度修饰60%Pt/C催化剂,提升氧还原反应催化剂性能。离子液体有效的包覆于60%商业Pt/C表面，且该催化剂在酸性条件下氧还原反应性能显著提升。

实现本发明的技术方案是：

离子液体修饰的氧还原反应催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1）、将60%商业Pt/C与去离子水混合，超声均匀得到混合物A；

2）、将异丙醇与疏水性离子液体混合，超声均匀得到混合物B；

3）、将混合物A和混合物B，超声均匀，将所得均匀混合物进行旋转蒸发干燥，得到离子液体修饰的氧还原反应催化剂。