[发明专利]PtCo金属间化合物催化剂的制备方法以及燃料电池

说明书

本申请公开一种PtCo金属间化合物催化剂的制备方法及一种燃料电池，所述制备方法包括：将一定比例的氢氧化物、乙酸盐、铂盐溶解于甲醇中，并加入C载体；向得到的混合溶液中通入反应气体，进行Pt的羰基化反应，形成羰基Pt簇合物；蒸干甲醇，氧化羰基Pt簇合物，得到担载于C上的Pt/C前驱体；将Pt/C前驱体和钴前驱体盐分散于超纯水中，随后向得到的分散溶液中加入氨水，形成钴氨络合物；加热溶液，使得钴氨络合物分解、氧化、沉降，并水洗干燥，形成钴氧化物负载的Pt/C材料；在还原气氛下热处理所述钴氧化物负载的Pt/C材料，得到粉末；对所述粉末进行酸洗，得到PtCo金属间化合物催化剂。上述方法制得的PtCo金属间化合物催化剂具有高金属担载量和较高的催化效率。

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种PtCo金属间化合物催化剂及其形成方法。

背景技术

纳米结构Pt材料作为高效的氧还原反应(ORR)电催化剂在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中扮演至关重要的作用。由于Pt在地球上的储量稀少，如果想规模化推广PEMFC就必须降低对Pt材料的使用量。美国能源署(DOE)制定的目标是：到2020年，Pt基非贵金属氧还原(ORR)催化剂在0.9V/RHE电位下的质量比活性(MA)达到0.44Amg^-1_(Pt)，经过30000圈的加速稳定性测试后其MA的衰减小于44％。基于此，大量的科学研究聚焦于提升Pt基催化剂的活性和耐久性，从而真正推动PEMFC的商业化进程。与第一族过渡金属(M)形成Pt-M合金结构是目前提升催化性能通用的研究策略，比如PtNi合金、Mo掺杂Pt₃Ni、Pt₃Co以及表层富Pt的Pt₃Co核壳结构催化剂。由于引入原子半径较小的过渡金属M，会引发Pt晶格表面应力，从而影响Pt原子的d带中心以及对O物种的吸附能力，从而影响ORR催化活性及耐久性。尽管目前所合成的PtM合金催化剂实现了ORR活性的大幅提升，但是其形成的面心立方(fcc)固溶体结构，由于过渡金属M结构稳定性不高，尤其在酸性介质很容易发生溶解脱出，进而导致催化活性大幅衰减。为了进一步稳定M原子、提高PtM合金结构稳定性，具有有序面心四方(fct)结构的PtM金属间化合物得到研究者广泛关注，因为M与Pt原子具有强耦合作用，从而稳定了M原子，实现结构的稳定性。其中，PtCo金属间化合物(PtCo-IMC)被认为是最有希望达到DOE要求的ORR电催化剂，但是目前对于PtCo-IMC合成中总是存在粒径大、不可控，同时有序化程度相对较低等问题，此外金属载量低也严重制约PtCo在PEMFC中的实际应用。因此，可控制备高金属载量、小尺寸、粒径均一且有序化程度高的PtCo-IMC是目前的研究热点与难点。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种PtCo金属间化合物催化剂的制备方法以及一种燃料电池，以解决现有的PtCo-IMC粒径大、不可控，同时有序化程度相对较低、金属载量低等问题。

本申请提供的一种PtCo金属间化合物催化剂的制备方法，包括：步骤1：将一定比例的氢氧化物、乙酸盐、铂盐溶解于甲醇中，并加入C载体；步骤2：向步骤1得到的混合溶液中通入反应气体，进行Pt的羰基化反应，形成羰基Pt簇合物；步骤3：蒸干甲醇，氧化所述羰基Pt簇合物，得到担载于C上的Pt/C前驱体；步骤4:将所述Pt/C前驱体和钴前驱体盐分散于超纯水中，随后向得到的分散溶液中加入氨水，形成钴氨络合物；步骤5:加热步骤4中溶液，使得钴氨络合物分解、氧化、沉降，并水洗干燥，形成钴氧化物负载的Pt/C材料；步骤6:在还原气氛下热处理所述钴氧化物负载的Pt/C材料，得到粉末；步骤7:对所述粉末进行酸洗，得到PtCo金属间化合物催化剂。

可选的，步骤1中，铂盐、氢氧化物、乙酸盐的摩尔比为1：(2～4)：(4～8)。

可选的，步骤1中，所述铂盐包括：氯铂酸、氯铂酸钠、乙酰丙酮铂、氯亚铂酸钾以及四氨基二硝基合铂中的至少一种；所述氢氧化物包括：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂以及氨水中的至少一种；所述乙酸盐包括：乙酸钠、乙酸钾以及乙酸钴中的至少一种。