[发明专利]一种碳载体铂基核壳结构催化剂、制备方法及应用在审

专利信息
申请号: 202110179829.2 申请日: 2021-02-07
公开(公告)号: CN113036162A 公开(公告)日: 2021-06-25
发明(设计)人: 肖强凤;王梓铭 申请(专利权)人: 同济大学
主分类号: H01M4/86 分类号: H01M4/86;H01M4/92
代理公司: 上海德昭知识产权代理有限公司 31204 代理人: 王伟珍
地址: 200092 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 载体 铂基核壳 结构 催化剂 制备 方法 应用
【说明书】:

发明属于燃料电池技术领域,提供了一种碳载体铂基核壳结构催化剂、制备方法及应用,将铂源、镍源、定位剂分散在溶剂中得到铂镍源混合液;将碳载体分散在溶剂中得到碳载体混合液;将铂镍源混合液及碳载体混合液混合,调节镍源、定位剂以及铂源的浓度进行水热反应,得到含有铂镍八面体核的混合液;另取一定量的铂源,将该铂源和过渡金属前驱体溶解,得到壳结构的前驱体溶液;将壳结构的前驱体溶液加入到含有铂镍八面体核的混合液中,进行水热反应,离心洗涤得到碳载体铂基核壳结构催化剂。该方法操作简便,克服了铂镍八面体催化剂耐久性差的缺点,该催化剂应用在氢氧燃料电池中,能够提供较高的比面积功率密度以及较大比质量功率密度。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域,具体涉及一种碳载体铂基核壳结构催化剂、制备方法及应用。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有工作温度低,响应速度快,功率密度高和能量转换效率高的优点,是十分有望替代传统能源的动力之一。但质子交换膜燃料电池的高成本和低耐久性是阻碍其更广阔的应用场景以及商业化的两个主要原因。这主要是由于燃料电池中使用了昂贵铂作为催化剂,用以克服氧还原反应的缓慢动力学。为了减少铂的使用,如何开发低铂并且高活性高耐久的催化剂就成了问题。目前常见的策略之一,就是使用铂与其他金属合金化,并在纳米尺寸上进行设计,增强催化剂的活性并提高催化剂的耐久性。其中铂镍合金的在氧还原活性方面展现十分出色的一面。理论上,Pt-Ni的(111)面上的氧还原活性比Pt(111)面上高10倍,相比商业Pt/C高90倍。而铂镍八面体,则拥有较多暴露的(111)面,因此载有铂镍八面体纳米颗粒的催化剂能够较高的氧还原活性。

然而,铂镍合金催化剂在燃料电池中的应用仍存在问题。第一,在强酸性的燃料电池工作条件下,铂镍八面体中的镍原子很容易渗入电解质中,这导致铂镍八面体形状发生变化,晶体变成球状,失去了(111)面,活性大大降低。第二,为了改进活性,通常在铂镍合金的基础上引入第三种元素。但引入第三种元素的反应时,过程大多比较严苛,不利于大剂量的制备。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的,目的在于提供一种具有高氧还原活性以及高耐久性的碳载体铂基核壳结构催化剂、制备方法及应用,该方法操作相对简便,克服了铂镍八面体催化剂耐久性差的特点,应用在氢氧燃料电池中,能够提供较高的比面积功率密度以及较大比质量功率密度。

本发明提供了一种碳载体铂基核壳结构催化剂,具有这样的特征,包括:碳载体、生长在碳载体上的铂基核壳结构,其中,铂基核壳结构的化学通式为 PtNi@PtMx/C,式中,0.1≤x≤0.9,M为Cr、W和Mo中的任意一种。

在本发明提供的碳载体铂基核壳结构催化剂中,还可以具有这样的特征:其中,碳载体铂基核壳结构催化剂由生长在碳载体上的铂镍八面体核及包覆在铂镍八面体核上的过渡金属外壳构成,其中,铂镍八面体核中铂镍原子比为1:1。

在本发明提供的碳载体铂基核壳结构催化剂中,还可以具有这样的特征:其中,碳载体为XC-72,BP2000、Vulcan P或科琴黑中的任意一种。

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