[发明专利]一种醇类燃料电池的阳极催化剂

说明书

本发明公开了一种醇类燃料电池的阳极催化剂。该阳极催化剂为以氮碳掺杂的硒化钴为载体负载铂基贵金属纳米颗粒，可以用于醇类氧化反应。其制备步骤包括氮碳掺杂的硒化钴的制备以及氮碳掺杂的硒化钴上铂基金属纳米颗粒的生长。本发明通过将铂基贵金属纳米颗粒锚定在氮碳掺杂的硒化钴载体上，增强了铂基贵金属纳米颗粒与载体间的相互作用，抑制了铂基贵金属纳米颗粒的团聚。本发明改善了铂基催化剂在催化醇类燃料氧化反应时易中毒、催化活性低以及稳定性不佳等问题，在醇类燃料电池领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其是涉及一种氮碳掺杂的硒化钴上负载的铂基贵金属纳米颗粒作为醇类燃料电池的高效阳极催化剂。

背景技术

在新型的能量转换/存储设备中，直接醇类燃料电池由于其结构简单、能量密度高、燃料储存可行、污染物排放低等优点，作为汽车和便携式电子产品的动力源而受到广泛关注。直接醇类燃料电池是基于电化学催化反应将醇类燃料的化学能转变成电能，电池性能依赖于醇类燃料的氧化和阴极氧化还原反应，而这些复杂的催化反应需要高效的电催化剂。在阳极侧，由于醇类燃料氧化过程动力学非常缓慢，过程复杂，在电氧化过程中易受到反应中间产物一氧化碳的毒化。因此，开发高性能、低成本的醇类氧化催化剂成为亟需解决的问题，具有重要的商业价值。

目前，铂基催化剂仍然是醇类燃料氧化应用最广泛的阳极催化剂。例如,将铂与过渡金属钌形成二元合金[Applied Catalysis B: Environmental 2019, 254:p. 113-127]，铂与过渡金属镍钴形成三元合金[J. Mater. Chem. A, 2016, 4(31):p. 12296–12307]等，通过电子效应、应变效应或协同效应显著提高铂基催化剂的催化性能和抗一氧化碳中毒能力。通过将非金属元素氮掺入到碳基材料中作为载体负载铂[Chem.Commun.2016,52,382-385]，可以优化载体的化学稳定性和导电性以及贵金属原子与载体间的锚定能力。此外，不同的载体对催化剂的催化性能也有影响。例如，以金属氧化物为载体负载铂纳米颗粒[J. Mater. Chem. A, 2017, 5,1481-1487]，金属氧化物可以提供更多的羟基吸附位点，从而提高催化剂的抗一氧化碳中毒能力。以过渡金属碳化物作为载体负载铂纳米颗粒[J. Mater. Chem. A, 2014, 4014–4022]，由于过渡金属碳化物电子结构与铂类似，贵金属与过渡金属碳化物之间的键合更强，增强了抗一氧化碳中毒能力。然而，现有技术中将亲氧过渡金属与铂或铂基贵金属形成合金催化剂以及将铂与金属氧化物复合形成复合催化剂，促进铂表面吸附态一氧化碳的氧化来提高抗一氧化碳毒化能力，但一氧化碳与贵金属表面相互作用极强，很难削弱到不吸附，所以抗一氧化碳毒化能力有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种醇类燃料电池的阳极催化剂，该催化剂具有高催化活性，稳定性和抗反应中间体毒化能力。

为了实现上述目的，本发明采用技术方案如下：

一种醇类燃料电池的阳极催化剂，该阳极催化剂以氮碳掺杂的硒化钴为载体，负载物为铂基贵金属纳米颗粒。

进一步的，所述的铂基贵金属纳米颗粒的负载量为20~60%。

进一步的，所述的铂基贵金属纳米颗粒包括铂单质、铂与过渡金属（铁，钴，镍，锡，铜，钌等）合金中的一种或多种。

进一步的，所述的铂基贵金属纳米颗粒粒径为1~10 nm。

本发明提供了一种醇类燃料电池的阳极催化剂的制备方法，包括以下步骤：

a. 将ZIF-67和硒粉按质量配比均匀混合，放入管式炉中，加热至设定的温度，在氮气下热处理，得到氮碳掺杂的硒化钴；

b. 将步骤a所得氮碳掺杂的硒化钴和氯铂酸水溶液加入到乙二醇中，搅拌均匀，采用油浴反应的方法，待反应完成后，抽滤，洗涤，真空干燥，得到阳极催化剂。