[发明专利]原位生长于气体扩散层上的铂钯合金催化剂的制备方法及其应用于燃料电池电极

权利要求书

1.一种原位生长于气体扩散层上的铂钯合金催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)经裁剪的碳纸或碳布置于沸腾的丙酮中进行洗涤，取出后浸入聚四氟乙烯分散液中充分浸泡，70℃干燥2h后，于300～450℃烧结15～60min，进行憎水处理，其中聚四氟乙烯的含量为碳纸或碳布的10～15wt.％；

(2)酸处理后的碳粉和聚四氟乙烯分散液加入异丙醇中超声分散成均匀的浆料，然后将浆料均匀喷涂于憎水处理后的碳纸或碳布一侧，70℃干燥2h，于300～450℃烧结15～60min，得到气体扩散层；其中，所述碳粉、聚四氟乙烯分散液、异丙醇的质量体积比是15～20mg:2～5mg:2～10mL，碳粉载量为2～2.5mg cm^-2；

(3)将Pt/C和Nafion均匀分散于异丙醇中，混合物均匀喷涂在气体扩散层表面，70℃干燥2h，获得含有铂层的气体扩散层，其中，所述Pt/C:Nafion与异丙醇的质量体积比是5～10mg:2～5mg:2～10mL，铂层中铂的负载量为0.005～0.01mg cm^-2；

(4)将含有铂层的气体扩散层置于容器底部，铂层朝上，依次加入水、铂和钯的前驱体、还原剂及表面活性剂，静置，待反应完全后取出，水洗、70℃干燥2h，得到铂钯合金催化层，其中，所述铂和钯的前驱体、还原剂、表面活性剂及水的摩尔体积比是1～2mmol:2～4mmol:2～4mmol:5～20mL，优选1mmol:3mmol:2mmol:10mL；然后向催化层表面均匀滴加0.1～0.5mg cm^-2的质子导体溶液，静置12h，70℃干燥2h，得到原位生长于气体扩散层上的铂钯合金催化剂。

2.根据权利要求1所述原位生长于气体扩散层上的铂钯合金催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述于370℃烧结30min。

3.根据权利要求1所述原位生长于气体扩散层上的铂钯合金催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述碳粉、聚四氟乙烯分散液、异丙醇的质量体积比是17mg:3mg:5mL。

4.根据权利要求1所述原位生长于气体扩散层上的铂钯合金催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述于370℃烧结30min得到气体扩散层。

5.根据权利要求1所述原位生长于气体扩散层上的铂钯合金催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述Pt/C:Nafion与异丙醇的质量体积比是7mg:3mg:5mL。

6.根据权利要求1所述原位生长于气体扩散层上的铂钯合金催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述铂前驱体为氯铂酸、氯铂酸钾、氯化铂、乙酰丙酮铂或氯亚铂酸钠中的任一种，优选氯铂酸；所述钯前驱体为氯化钯、四氯钯酸钠、乙酰丙酮钯或氯钯酸钾中的任一种，优选氯化钯。

7.根据权利要求1所述原位生长于气体扩散层上的铂钯合金催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述铂和钯的前驱体中，铂和钯的摩尔比为3:1～1:3；所述表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮或泊洛沙姆中的任一种；所述还原剂为甲酸、抗坏血酸、柠檬酸钠或赖氨酸中的任一种，优选甲酸。

8.根据权利要求1-7任一所述方法制备得到的原位生长于气体扩散层上的铂钯合金催化剂。

9.根据权利要求8所述原位生长于气体扩散层上的铂钯合金催化剂，其特征在于：其形貌为多边菱形，尺寸100～200nm。

10.一种如权利要求8或9所述原位生长于气体扩散层上的铂钯合金催化剂的应用，其特征在于：将其应用于质子交换膜燃料电池的电极材料。