[发明专利]一种燃料电池稳定性铂碳催化剂及制备方法

说明书

本发明涉及燃料电池领域，公开了一种燃料电池稳定性铂碳催化剂及制备方法。包括如下过程：（1）将聚乙烯醇与多孔碳粉加入去离子水中静置，然后调节pH值并加入有机物A，水浴加热至析出胶状物，过滤分离多孔碳载体，与有机物B和镍催化剂混合反应，过滤、干燥，制得叔胺改性多孔碳粉；（2）将叔胺改性多孔碳粉与氯铂酸、表面活性剂加入去离子水中，均匀分散后静置，再加入硼氢化钠进行还原，经过滤、干燥，即得稳定性良好的铂碳催化剂。本发明通过在碳载体表面使用有机物进行包覆，通过有机物接枝的叔胺基团与铂离子进行络合，之后被还原成铂纳米粒子，可以有效抑制碳表面被氧化，同时提高铂碳催化剂复合能力，提高催化剂的稳定性。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，公开了一种燃料电池稳定性铂碳催化剂及制备方法。

背景技术

目前，人类能够获得的能源主要依靠于化石能源、核能，还依靠一些比如太阳能、风能、地热能和潮汐能等能源。其中化石能源、核能为非再生能源，为非清洁能源。太阳能、风能可以再生，为可再生能源。过度依赖石油、煤、天然气等化石能源，其储量日益枯竭，并且对环境的污染越来越严重。现在全球都在积极采取措施来解决能源危机、环境污染和气候异常等问题。为了解决能源危机和环境问题，探寻清洁的、高效的、廉价的新能源刻不容缓。因此，开发新型的能量转换和能量存储装置是发展考虑的方向。

燃料电池是一种不需要经过卡诺循环的电化学发电装置，能量转换率高。由于在能量转换过程中，几乎不产生污染环境的含氮和硫氧化物，燃料电池还被认为是一种环境友好的能量转换装置。由于具有这些特异性，燃料电池技术被认为是21世纪新型环保高效的发电技术之一。随着研究不断地突破，燃料电池已经在发电站、微型电源等方面开始应用。

燃料电池的结构主要是由4个主要部分组成，分别为阳极、阴极、电解质和外部电路。以质子交换膜燃料电池为例，阳极(负极)为氢电极，阴极(正极)为氧电极，阳极和阴极之间通常由质子交换膜分隔开，阴阳离子可在膜上进行电子转移与运输。质子交换膜燃料电池由于具有高功率密度、高能量转换效率、低温启动、无污染、体积轻巧等特点，特别适合于作为可移动动力源。其膜电极是核心组件，由质子交换膜、催化剂、气体扩散层复合而成。其中，催化剂主流选择为Pt/C催化剂，其碳基载体为具有高比表面积的碳粉/碳膜，提高催化剂抗氧化能力和复合能力的研究，具有重要意义。

中国发明专利申请号201010553277.9公开了一种燃料电池用催化剂的制备方法及通过该方法制备的燃料电池用催化剂。制备方法包括：在2000~2800℃的温度下，于惰性气体气氛中，热处理线形晶体碳纳米纤维，从而由于结晶度的改善以改善抗氧化性；在1000~1500℃的温度下，热处理球形晶体碳颗粒以增大表面积；分散所述线形晶体碳纳米纤维和所述球形晶体碳颗粒；以预定的混合比混合所述线形晶体碳纳米纤维和所述球形晶体碳颗粒以形成淤浆；以及通过将NaOH、铂前体或铂合金前体、以及线形晶体碳纳米纤维和球形晶体碳颗粒的混合物添加到溶剂中进行催化剂合成，并且在140~180℃的温度下回流以还原所述合金前体或所述铂合金前体，制备负载铂的催化剂或负载铂合金的催化剂。这种工艺对于原料和设备的要求较高，而且生产工艺较为复杂，生产成本较高。

中国发明专利申请号201110000141.X公开了一种以导电陶瓷碳化硼为担体的燃料电池催化剂及其制备方法。该燃料电池催化剂与传统的碳担体催化剂相比，本发明的催化剂采用导电陶瓷碳化硼作为担体，具有比较高的电化学活性面积、较高的抗一氧化碳中毒能力、较高的抗氧化性能。本发明的催化剂的制备方法是：预先制备稳定的纳米铂或铂合金胶体，然后将其担载到碳化硼担体上，制得以碳化硼为担体的燃料电池催化剂。使用碳化硼代替碳作为载体，可以有效解决碳载体被氧腐蚀的问题。但碳化硼合成较为困难，原料价格较高，难以实现工业化生产。

根据上述，现有方案中用于燃料电池膜电极的催化剂中，碳基载体为具有高比表面积的碳粉/碳膜，常用的Pt/C催化剂在阳极侧的富氧环境下易受氧气腐蚀、铂纳米颗粒附着效果不佳，容易导致催化剂的脱落失活，本发明提出了一种燃料电池稳定性铂碳催化剂及制备方法，可有效解决上述技术问题。

发明内容