[发明专利]质子交换膜燃料电池用催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池用催化剂及其制备方法，该质子交换膜燃料电池用催化剂包括碳黑载体和负载在碳黑载体上的金属铂，该催化剂中，铂的质量百分含量为40％～60％。此外，本发明还提供一种制备上述催化剂的方法，本发明的制备质子交换膜燃料电池用催化剂的方法通过将席夫碱处理后炭黑和离子液体分散后的铂配合物相互作用，获得质子交换膜燃料电池用催化剂，该质子交换膜燃料电池用催化剂在电化学性能测试中，质量比活性超过0.2A/mg，电化学活性面积在60m²/g以上，循环30000圈后的衰减率均在10％以内，具有高的电化学活性和稳定性。

技术领域

本发明属于催化技术技术领域，具体涉及质子交换膜燃料电池用催化剂及其制备方法。

背景技术

氢燃料电池汽车的主要能量为氢能，由于其所具有的高能量密度，质子交换膜燃料电池具有能量转换效率高、环境友好、室温下启动速度快、体积小、无电解液损失、容易排水、寿命长、比功率和比能量高等突出优点，是目前车用动力新能源电池首选。催化剂被认为是影响氢燃料电池活化极化的关键因素，然而由于腐蚀，质子交换膜燃料电池用催化剂的活性和稳定受到极大影响。

公开日为2016年11月16日，申请号为CN 106129424 B的中国专利申请文件中公开了一种高效、批量生产燃料电池用催化剂的制备方法，并具体公开了将铂源溶液与有机弱酸处理的载体混合后在一定pH条件下微波加热，以浓盐酸做沉淀剂制得质子交换膜燃料电池用催化剂的过程，制备过程简单，但产物催化剂中杂质离子较多，燃料电池催化剂稳定性较差。公开日为2019年11月12日，申请号为CN 110444781 A的中国专利申请文件中公开了一种燃料电池催化剂的制备方法并公开了将载体和铂源混合、调节pH、喷雾反应、过滤和喷雾干燥制得燃料电池催化剂，但催化剂的电化学活性依然无法满足技术要求。公开日为2020年10月19日，申请号为CN 112259752 B的中国专利申请文件中公开了一种铂合金燃料电池催化剂的制备方法并公开了将载体和氨基酸混合热处理、助剂金属盐溶液中加入还原剂溶液和铂源后经高压反应制得质子交换膜铂合金燃料电池催化剂的过程，该合金催化剂活性较高，但循环30000圈后，质量比活性和电化学活性面积的衰减都在15％左右，存在稳定性较差的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供质子交换膜燃料电池用催化剂及其制备方法。本发明的制备质子交换膜燃料电池用催化剂的方法通过将席夫碱处理后炭黑和离子液体分散后的铂配合物相互作用，获得质子交换膜燃料电池用催化剂，该催化剂在电化学性能测试中，质量比活性超过0.2A/mg，电化学活性面积在60m²/g以上，循环30000圈后的衰减率均在10％以内，具有高的电化学活性和稳定性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池用催化剂，其特征在于，包括炭黑载体和负载在所述炭黑载体上的金属铂，所述催化剂中铂的质量百分含量为40％～60％。

此外，本发明还提供一种制备上述质子交换膜燃料电池用催化剂的方法，其特征在于，包括：

步骤一、将炭黑载体经超声处理和煮沸，将煮沸后载体洗涤，烘干；

步骤二、将席夫碱溶解于无水乙醇中，得到席夫碱的乙醇溶液；

步骤三、微波条件下，将步骤一烘干后载体置于步骤二所述席夫碱的乙醇溶液中处理40min～120min，洗涤，干燥，得到处理后炭黑载体；

步骤四、将离子液体分散于乙醇溶液中，得到混合溶液A；

步骤五、将铂配合物溶于溶剂中，于冰水浴条件下超声，得到混合溶液B；

步骤六、搅拌条件下，将步骤四中所述混合溶液A滴加至步骤五所述混合溶液B中，滴加完毕继续搅拌，得到铂前驱体溶液；

步骤七、将步骤三所述处理后炭黑载体置于甲醇中，搅拌均匀，得到碳浆；