[发明专利]一种燃料电池催化剂的制备方法、燃料电池催化剂及燃料电池

说明书

本申请提供的燃料电池催化剂的制备方法，将模板剂、引发剂及含氮聚合物前驱体溶解于水溶液中得到第一混合物，将所述第一混合物分散于含有稀土金属前驱体和碱金属盐的溶液中搅拌吸附得到第二混合物，将所述第二混合物于600℃‑1000℃煅烧0.2‑5h，得到烧结产物，将所述烧结产物真空干燥得到所述燃料电池催化剂，制备得到的燃料电池催化剂，上述方法，利用有机聚合和高温煅烧制备得到的高熵稀土单原子催化剂，得到的催化剂具有直径小、孔径小、孔隙率高，纤维均一性好等优点，且具有良好的ORR催化性能，可广泛应用于燃料电池、金属空气电池。上述方法工艺简单，原料成本低廉、安全可靠且环境友好等优点。

技术领域

本申请涉及燃料电池领域，特别涉及一种燃料电池催化剂的制备方法、燃料电池催化剂及燃料电池。

背景技术

高熵稀土单原子催化剂是指稀土金属以单原子的形式均匀分散在载体上形成的具有优异催化性能的催化剂。目前对于高熵稀土单原子催化剂的研究和应用极少，与高熵稀土单原子催化剂相似的发明有贵金属单原子催化剂(如：铂单原子催化剂、金单原子催化剂、钯单原子催化剂等)和过渡金属单原子催化剂(如：铁单原子催化剂、钴单原子催化剂、镍单原子催化剂等)。贵金属催化剂目前主要面临的问题是成本较高且以中毒失活，而过渡金属单原子催化剂又很难在燃料电池中发挥出优异的性能。因此，寻找一种成本低廉、性能稳定且环境友好的高效电催化剂有迫切的应用需求。

发明内容

鉴于此，有必要针对现有技术中存在的ORR催化性能不佳的缺陷，提供一种具有良好的ORR催化性能的燃料电池催化剂的制备方法。

为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：

一方面，本申请提供了一种燃料电池催化剂的制备方法，包括下述步骤：

将模板剂、引发剂及含氮聚合物前驱体溶解于水溶液中得到第一混合物；

将所述第一混合物分散于含有稀土金属前驱体和碱金属盐的溶液中搅拌吸附得到第二混合物；

将所述第二混合物于600℃-1000℃煅烧0.2-5h，得到烧结产物；及

将所述烧结产物真空干燥得到所述燃料电池催化剂。

在其中一些实施例中，在将模板剂、引发剂及含氮聚合物前驱体溶解于水溶液中得到第一混合物的步骤中，具体为：

将模板剂溶解于水溶液中，超声溶解后加入引发剂，搅拌溶解后加入含氮聚合物前驱体，再将所得的溶续搅拌老化至少24h以上得到第一混合物；当所述模板剂或引发剂在水溶液溶解受限时，所述水溶液添加有酸溶液，所述酸溶液包括盐酸或硫酸或硝酸。

在其中一些实施例中，在将模板剂、引发剂及含氮聚合物前驱体溶解于水溶液中得到第一混合物的步骤中，所述的模板剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十八烷基羟磺甜菜碱、聚丙烯酞胺、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚葡萄糖、聚山黎酯、各种有机胺、季铵盐类化合物中的一种或多种。

在其中一些实施例中，所述的引发剂为过氧化物引发剂或偶氮类引发剂中的至少一种，所述过氧化物引发剂包括有机过氧化物或无机过氧化物，所述有机过氧化物包括结构通式为R-O-O-H或R-O-O-R的有机过氧化物，其中，R为烷基、酰基、碳酸酯基；所述无机过氧化物包括过硫酸铵或过硫酸钾或过硫酸钠；所述偶氮类引发剂包括偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈或偶氮二异丁酸二甲酯。

在其中一些实施例中，所述的含氮聚合物前驱体可以是吡咯、吡啶、吡唑、咪唑、噻唑、嘧啶、喹啉、嘌呤、苯胺及以上化合物的衍生物中的一种或多种。

在其中一些实施例中，所述模板剂、引发剂、含氮聚合物前驱体的摩尔浓度比为1:1～6:4～50。

在其中一些实施例中，在将所述第一混合物分散于含有稀土金属前驱体和碱金属盐的溶液中搅拌吸附得到第二混合物的步骤中，具体为：