[发明专利]一种氢燃料电池催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种氢燃料电池催化剂，氢燃料电池催化剂包括载体，载体为富勒烯，富勒烯表面负载PtAu合金，PtAu合金表面负载Pt。本发明的氢燃料电池催化剂以富勒烯为载体，以Pt、Au为活性组分，通过多元醇还原的方法负载贵金属，再通过高温焙烧合金化，最后用氢还原的方式在合金表面负载Pt，得到高载量和高分散的Pt‑PtAu/富勒烯催化剂；由于富勒烯本身就是球状、椭圆状、管状等具有高比表面积，增加金属分散度，提高贵金属的利用率；表面修饰处理后可以增强质子传导能力，全氟磺酸树脂修饰后的载体进一步增强H质子的传导能力以及载体的疏水性能。

技术领域

本发明涉及电催化技术，具体涉及一种氢燃料电池催化剂及其制备方法。

背景技术

随着化石能源的日渐枯竭，寻找可替代的新能源迫在眉睫。氢能作为一种高效、清洁、安全、可持续发展的二次能源近年来备受关注，氢能可以渗透到传统能源的各个方面，包括交通运输、长期储能、工业燃料、便携设备等领域。氢燃料电池在氢能利用效率、功率密度、排放等方面的优秀表现，被认为具有广阔的发展前景。

催化剂作为氢燃料电池的核心材料在整个燃料电池电堆成本中占很大一部分比重；而催化剂的初始活性和稳定性是衡量其性能的重要指标，在质子交换膜燃料电池的两极需要催化剂加快反应。目前针对催化剂的研究主要包括铂碳催化剂、铂合金催化剂、低铂催化剂和非铂催化剂等；在专利CN113725449A对于非铂催化剂的研究，尖晶石型NiCo 2 O4 催化剂确实没有贵金属铂的引入，但催化剂的性能较铂基催化剂存在较大差距，而对于低铂催化剂同样存在活性低的问题，由于载体腐蚀以及贵金属的迁移团聚等问题使得铂碳二元催化剂的稳定性较差。

对于铂合金催化剂，过渡金属的掺入可以提高催化剂的性能。在专利CN113258090A中用过度金属Fe、Co、Ni进行掺杂提高了其合金催化剂的稳定性，但初始活性偏低；因此，在不增加催化剂成本的基础上，开发出一种新的氢燃料电池催化剂及其制备方法，使其具有高初始活性的同时催化剂的稳定性得到显著提升成为研究的重中之重。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种氢燃料电池催化剂及其制备方法，本发明基于铂合金催化剂的基础上进行研究，通过结构上的改性来改善催化剂的稳定性，该催化剂以富勒烯为载体，Pt及PtAu合金为活性组分，由富勒烯为内层，PtAu合金为中层，最外层再负载一层Pt的三层结构，制备出高初始活性的合金催化剂，同时催化剂耐久性得到显著提升。

本发明采用的技术方案是：

一种氢燃料电池催化剂，其中：所述氢燃料电池催化剂包括载体，所述载体为富勒烯，所述富勒烯表面负载PtAu合金，所述PtAu合金表面负载Pt。

一种氢燃料电池催化剂的制备方法，其中：所述制备方法包括以下步骤：

S1、载体破碎：称取5g富勒烯，将富勒烯加入球磨罐中，球磨处理0.5～1h后，冷却；

S2、载体的纯化：将步骤S1破碎后的富勒烯加入含二氮杂二环的1,2,3-三甲基苯溶液中，混合搅拌0.5-2h后过滤分离；

S3、载体的修饰：

S31、称取步骤S2所得过滤后的富勒烯与强氧化性溶液混合，超声分散、加热搅拌0.5-2h，过滤洗涤，得到载体一；

S32、将S31过滤所得载体一加入到全氟磺酸树脂的醇溶液中，搅拌0.5～1h后过滤分离，得到载体二；

S33、将S32分离得到的载体二干燥，干燥温度为60℃～80℃，干燥时间为4～6h，得到载体三；

S4、贵金属负载：

S41、将氯金酸和氯铂酸溶于有机溶剂中，加入步骤S33所得的载体三，超声混合、剪切乳化，得到混合溶液一；

S42、用碱性溶液调节步骤S41所得混合溶液一的PH至9-13得到悬浊液；

S43、将步骤S42的悬浊液加入反应釜中进行加热还原，得到混合溶液二；