[发明专利]异金属原子对催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种异金属原子对催化剂及其制备方法和应用。该异金属原子对催化剂，包括载体和活性组分，所述活性组分负载于所述载体，所述活性组分包括第一金属原子和第二金属原子，所述第一金属原子为Mn、Fe或Co，所述第二金属原子为Mg、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、Ru、Rh、Pd、Ir、Pt、Ag或Au，且所述第一金属原子和所述第二金属原子不同。该催化剂包括载体和活性组分，其中活性组分包括不同的第一金属原子和第二金属原子，通过不同的第一金属原子和第二金属原子的选择和配合，可以调节氧化反应中间体的吸附能，减缓类芬顿过程对活性中心的破坏，兼顾良好的活性和耐久性。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种异金属原子对催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

燃料电池用燃料和氧气作为原料，可以将燃料具有的化学能转化为电能。从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池具有广大的发展前景。比如，质子交换膜燃料电池是高效利用氢能的重要手段，其具有较高的能量转化效率以及对环境友好的优点，但是质子交换膜燃料电池中所使用的催化剂往往是含铂的贵金属催化剂，这样大大提高了质子交换膜燃料电池的成本，制约了质子交换膜燃料电池的大规模应用。为了降低质子交换膜燃料电池的制造成本，减少贵金属用量或者使用非贵金属制备相应的催化剂是一种较为有效的方式，但是这些改进后的催化剂难以有效兼顾良好的活性和耐久性。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够有效兼顾良好活性和耐久性的异金属原子对催化剂及其制备方法和应用。

为了解决以上技术问题，本发明一实施例的技术方案为：

一种异金属原子对催化剂，包括载体和活性组分，所述活性组分负载于所述载体，所述活性组分包括第一金属原子和第二金属原子，所述第一金属原子为Mn、Fe或Co，所述第二金属原子为Mg、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、Ru、Rh、Pd、Ir、Pt、Ag或Au，且所述第一金属原子和所述第二金属原子不同。

在其中一个实施例中，所述活性组分包括多个原子对，每个所述原子对包括一个所述第一金属原子和一个所述第二金属原子。

在其中一个实施例中，在各所述原子对中，所述第一金属原子和所述第二金属原子之间的距离为2埃～4埃。

在其中一个实施例中，以占所述异金属原子对催化剂的质量百分数计，所述第一金属原子和所述第二金属原子之和的质量百分数为0.3％～4％。

在其中一个实施例中，所述载体包括炭黑、活性炭、碳纳米管、石墨烯、介孔碳、氮化碳、氮掺杂碳材料以及有机框架中的至少一种。

一种异金属原子对催化剂的制备方法，包括如下步骤：

将金属前驱体与载体在溶剂中混合，制备混合物；所述金属前驱体包括第一金属原子和第二金属原子，所述第一金属原子为Mn、Fe或Co，所述第二金属原子为Mg、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、Ru、Rh、Pd、Ir、Pt、Ag或Au，且所述第一金属原子和所述第二金属原子不同；

将所述混合物进行固液分离处理，以得到的固相作为催化剂预成品；

在保护气体氛围下，对所述催化剂预成品进行热解处理。

在其中一个实施例中，所述金属前驱体包括金属羰基化合物，所述金属羰基化合物中包括所述第一金属原子和所述第二金属原子；或者，

所述金属前驱体包括式Ⅰ～式Ⅲ的化合物中的至少一种；

其中，M₁和M₂中一个为Mn、Fe或Co，另一个为Mg、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、Ru、Rh、Pd、Ir、Pt、Ag或Au，且M₁和M₂不同；