[发明专利]一种燃料电池阴极多金属掺杂多元非金属氧还原催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池阴极多金属掺杂多元非金属氧还原催化剂及其制备方法,本发明的多金属与N、F的复合掺杂碳载体，增强导电性和比表面积，有利于促进氧还原反应过程中的电子转移过程；操作简单且制得的氧还原催化剂半波电位数值较高，催化剂的活性较高。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池阴极多金属掺杂多元非金属氧还原催化剂及其制备方法。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，其能量转化效率高、燃料选择范围广、清洁、污染少、噪声低、比能量高、可靠性强、负荷响应快，具有超强的适用能力等优点深受广泛关注，聚合物电解质燃料电池(PEFC)则作为燃料电池的代表之一同样受到日益关注。

PEFC中使用的催化剂主要为Pt基催化剂，Pt作为稀有金属极大增加了PEFC催化剂的成本。故，推进PEFC商业化应用的主要工作集中在降低Pt负载量并提高Pt基催化剂的催化活性或者寻求其他金属、非金属掺杂来代替Pt。仅仅用单金属Pd用于燃料电池催化剂虽催化活性不如Pt催化剂高，但是通过掺杂金属与非金属后，其催化活性会得到很好地提升且在成本上得到一定的降低。

发明内容

本发明目的在于提供一种燃料电池阴极多金属掺杂多元非金属氧还原催化剂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供：提供一种上述方法制备的燃料电池阴极多金属掺杂多元非金属氧还原催化剂产品。

本发明目的通过下述方案实现：一种燃料电池阴极多金属掺杂多元非金属氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

（1）将按质量比为1: （0.005-0.0625）配制氧化石墨烯和氯化钯的混合溶液，其与含N、F的非金属盐或含N、F的有机物、过渡金属盐的混合溶液混合均匀，得分散液；其中，所述氧化石墨烯溶液和混合溶液的溶剂的体积比为1:（2-3）；所述氧化石墨烯和含N、F的非金属盐或含N、F的有机物的非金属元素质量比为1:（1:0.01-0.125）；所述含N、F的非金属盐或含N、F的有机物的非金属元素与所述过渡金属盐中金属的摩尔比为1: （0.01-10）

(2)将所述分散液抽滤分离得固体，将所述固体干燥、热处理后即可。

步骤(1)中，氧化石墨烯可用固体颗粒或溶液；

和/或，步骤(1)中，所述混合溶液中的溶剂为乙二醇溶剂；

和/或，步骤(1)中，所述混合溶液中，所述氧化石墨烯的浓度为0.3-0.6mg/mL；

和/或，步骤(1)中，所述混合溶液通过下述步骤制得：先用磁力搅拌充分搅拌混合，再在超声条件下，将所述混合溶液，超声分散至均匀。

步骤(1)中，用的氧化石墨烯是经过生物半透膜在去离子水中搅拌透析的溶液；

和/或，步骤(1)中，所述混合溶液中的溶剂为乙二醇；

和/或，步骤(1)中，所述混合溶液中，所述碳纳米管的浓度为0.4mg/mL；

和/或，步骤(1)中，其中，所述磁力搅拌时间2-4小时；

和/或，步骤(1)中，其中，所述超声分散的时间为20-40min。

步骤(1)中，所述含N、F的非金属盐或含N、F的有机物、过渡金属盐的添加方式按下述步骤进行：在磁力搅拌条件下，向所述混合溶液中滴加所述含N、F的非金属盐或含N、F的有机物、过渡金属盐，先磁力搅拌充分，再超声分散至均匀；

和/或，步骤(1)中，所述过渡金属盐为钴盐、铁盐、镍盐；

和/或，步骤(1)中，所述过渡金属盐以硝酸盐或者盐酸盐的形式存在。

所述磁力搅拌时间2-4小时，较佳地为3小时；

和/或，步骤(1)中，所述超声分散的时间为20-40min，较佳地为30min；