[发明专利]催化剂载体及其制备方法、催化剂、燃料电池

说明书

本申请属于催化剂技术领域，尤其涉及一种催化剂载体及其制备方法，以及一种催化剂，一种燃料电池。其中，催化剂载体的制备方法，包括步骤：制备二氧化铈纳米材料；在惰性气氛下，对二氧化铈纳米材料进行氟化处理，得到催化剂载体，催化剂载体包括二氧化铈和三氟化铈。本申请催化剂载体的制备方法，通过对二氧化铈纳米材料进行氟化处理，在氟化处理过程中二氧化铈向三氟化铈转变的同时，能够消耗晶格氧生成氧空位，产生更多的表面缺陷，提高材料的导电性和比表面积。得到的催化剂载体包括二氧化铈和三氟化铈，二氧化铈本身高表面能的晶面得以保留，同时还与三氟化铈颗粒之间形成独特的界面，有利于贵金属纳米颗粒的分散，提高催化剂利用率。

技术领域

本申请属于催化剂技术领域，尤其涉及一种催化剂载体及其制备方法，以及一种催化剂，一种燃料电池。

背景技术

液体燃料电池以液体燃料如甲酸，甲醇等为燃料，可以直接将化学能转为电能，且具有能量密度高，能量转换效率高，安全环保等优点。与以氢气为燃料的氢氧燃料电池相比，液体燃料的制备更加绿色环保，且易于运输保存，大大降低了安全问题的产生，因此液体燃料电池被认为是未来汽车和小型设备的替代能源。然而，目前液体燃料电池面临的主要问题还是在阳极发生的氧化反应过程比较复杂和缓慢，缺乏高效而又稳定的催化剂。此外，目前实现商业化生产的铂碳和铂钌碳催化剂属于贵金属稀缺资源，生产成本高，且容易受到反应过程中中间体的毒化作用导致催化稳定性下降。因此，目前对于液体燃料电池阳极催化剂的研究主要集中在如何降低催化剂载量的同时，提高催化剂的利用效率，增强催化剂的催化活性和稳定性上。

负载型的贵金属纳米催化剂被认为是降低催化剂成本，提高催化剂催化活性和稳定性的有效方法。通过在成本较低的载体上负载少量的贵金属催化剂，在降低成本的同时，可以充分利用载体的各种优势，如高导电性，大比表面积，与贵金属之间的电子效应等等，提高催化剂的利用率，增强催化剂稳定性。目前，常用的催化剂载体包括碳材料如炭黑，碳纳米管，石墨烯等；过渡金属磷化物如磷化镍，磷化铁等，以及各种金属氧化物如二氧化钛，二氧化锰，二氧化铈等等。其中，二氧化铈因其丰富的晶格氧含量，较好的氧化还原特性以及较多的氧空位等优点，被证明是贵金属的优良载体。然而，二氧化铈作为金属氧化物本身导电性较差，且不同形貌的二氧化铈纳米材料暴露晶面不同，结合能也不相同，作为催化剂载体促进催化的能力有强有弱。此外，暴露较多高表面能晶面的二氧化铈纳米棒通常尺寸较大，容易导致贵金属纳米颗粒的团聚，不利于催化反应的进行。因此要实现其作为贵金属催化剂载体的大规模应用，需要在扩大其本身优势的同时，弥补其存在的不足。

发明内容

本申请的目的在于提供一种催化剂载体及其制备方法，以及一种催化剂，一种燃料电池，旨在一定程度上解决燃料电池阳极催化剂中二氧化铈载体稳定性差，导电性能差，对催化剂的催化效果提升不理想的技术问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种催化剂载体的制备方法，包括以下步骤：

制备二氧化铈纳米材料；

在惰性气氛下，对所述二氧化铈纳米材料进行氟化处理，得到催化剂载体，所述催化剂载体包括二氧化铈和三氟化铈。

第二方面，本申请提供一种催化剂载体，所述催化剂载体由上述方法制得，包括二氧化铈和三氟化铈。

第三方面，本申请提供一种催化剂，包括上述的催化剂载体和负载在所述催化剂载体中的催化剂。

第四方面，本申请提供一种燃料电池，包含有上述的催化剂。