[发明专利]一种燃料电池阳极催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种燃料电池阳极催化剂的制备方法及其应用，属于燃料电池技术领域。本发明通过热氧化处理的方法，在催化剂的表面诱导偏析生成一层一定厚度的选择性包裹层，能够有效地阻隔一氧化碳毒化氢气氧化活性位，具有高的一氧化碳耐受性能。该方法快速、高效以及低廉，在高温条件下通入含少量氧气的惰性气氛对催化剂进行诱导偏析，催化剂表面会生成一层一定厚度的选择性包裹层。该催化剂不仅保持其本身高的氢气氧化活性，并且显著地提高了催化剂在燃料电池中的抗一氧化碳毒化的性能。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种热处理氧化的制备方法得到高氢气氧化活性和高一氧化碳耐受性的燃料电池阳极催化剂。

背景技术

目前，燃料电池是一种可持续性高效环保的能源转换装置，可直接将燃料的化学能转化为电能。电池催化剂是燃料电池中重要组成部分，然而其自身容易被一氧化碳等杂质毒化，因此对于阳极燃料氢气的纯度要求很高，从而进一步提高了燃料电池的使用成本。为了降低对阳极燃料氢气纯度的要求，提高阳极催化剂的一氧化碳耐受性对于燃料电池的广泛应用有着重要意义。现有技术通过引入第二成分，比如金属、金属氧化物以及金属碳化物等，一方面提高催化剂的一氧化碳氧化能力，另一方面是降低一氧化碳的吸附强度，从而提高催化剂的抗毒化性能。尽管目前所发展的阳极催化剂在耐受一氧化碳毒化的性能方面有很大的提高，但仍然存在以下几个问题：1)合成过程繁琐，耗费高，耗时长，并且所制备的催化剂需要兼具氢气氧化活性和抗毒化活性；2)催化剂的抗一氧化碳毒化性能并不能够满足燃料电池的长期运行。迄今为止，几乎没有一个阳极催化剂能够直接应用于燃料电池并表现出长期稳定的抗一氧化碳毒化活性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种燃料电池阳极催化剂的制备方法，通过快速、高效并且低廉的热氧化处理方法，通过气体诱导金属钌偏析到催化剂表面并生成一层一定厚度的钌氧化物或者钌氢氧化物的一氧化碳选择性包裹层。本发明的燃料电池阳极催化剂不仅能够保持高效的氢气氧化活性，并且具有显著提高的一氧化碳耐受性，在燃料电池长期运行中表现出良好的抗一氧化碳性能。可有效的解决上述问题。

本发明是这样实现的：

一种燃料电池阳极催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1，将催化剂平铺在瓷舟上，并放置于推拉杆上；

S2，将装有催化剂的推拉杆放置在高温反应炉的温控区外；

S3，向高温反应炉中先通入惰性气氛，待温度上升到热处理设定的温度后，再切换到实验气氛；

S4,切换好气氛后，移动推拉杆使得瓷舟置于高温反应炉的温控中心，煅烧一段时间后，移动推拉杆将瓷舟转离至温控区外；

S5，最后再将气氛切换至惰性气氛，冷却到室温后，取出热处理后的燃料电池阳极催化剂。

作为进一步改进的，所述的催化剂包括碳载铂钌、铂钌黑、钌黑或者其他含钌的合金。

作为进一步改进的，所述的热处理定的温度为500-1000K。

作为进一步改进的，所述的实验气氛为含少量氧气的惰性气氛，其氧气含量为10-10000ppm。

作为进一步改进的，所述的煅烧的时间为1-60min。

一种燃料电池阳极催化剂，催化剂的活性材料包括内核和包裹层，内核表面生成一层亚纳米或者纳米级厚度的包裹层，内核为贵金属或其合金，包裹层是金属氧化物或者金属氢氧化物。

作为进一步改进的，所述的活性材料可不负载，或原位负载，或者后负载于载体上。另外，原始催化剂无负载的情况下，可热处理后进行后负载。

作为进一步改进的，所述贵金属或合金纳米粒子为钌或者含钌的合金纳米粒子。

作为进一步改进的，所述的金属氧化物为钌氧化物或钌氢氧化物。