[发明专利]氧还原催化剂及其制备方法、燃料电池

权利要求书

1.一种氧还原催化剂，其特征在于，包括载体和负载在所述载体上的合金颗粒，所述合金颗粒包括金铜合金核和位于所述金铜合金核外表面的金铂合金壳，所述金铜合金核的晶格结构为金原子密排层和铜原子密排层依次交叉层叠，所述金铜合金核外表面的铜原子被铂原子取代形成所述金铂合金壳。

2.根据权利要求1所述的氧还原催化剂，其特征在于，所述金铜合金核的分子式为：Au_xCu_y，x＝1，y＝1；

所述金铂合金壳的分子式为：Au_mPt_n，m＝1，n＝1。

3.根据权利要求1或2所述的氧还原催化剂，其特征在于，所述载体包括炭材料。

4.一种如权利要求1～3中任意一项所述的氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下过程：

将铜盐、金盐、载体和还原剂加入溶剂中，所述还原剂将所述铜盐中的铜离子和所述金盐中的金离子分别还原成铜和金，得到负载在所述载体上的金铜合金核前躯体；

对所述负载在所述载体上的金铜合金核前躯体进行热处理，所述金铜合金核前躯体的晶格结构由不规则结构形成由金原子密排层和铂原子密排层依次交叉层叠的规则结构，得到负载在所述载体上的金铜合金核；

将所述负载在所述载体上的金铜合金核和铂盐分散于稀酸溶液中，所述铂盐中的铂离子和所述金铜合金核外表面上的铜原子发生置换反应，所述铜原子被铂原子取代，形成位于所述金铜合金核外表面的金铂合金壳，得到所述氧还原催化剂。

5.根据权利要求4所述的氧还原催化剂，其特征在于，所述热处理的温度为220℃～400℃。

6.根据权利要求5所述的氧还原催化剂，其特征在于，在所述热处理过程中，向所述负载在所述载体上的金铜合金核前躯体施加氢气和惰性气体的混合气氛，其中，所述氢气占所述混合气氛的体积百分比为1％～10％。

7.根据权利要求4～6中任意一项所述的氧还原催化剂，其特征在于，所述得到负载在所述载体上的金铜合金核前躯体的过程包括：将所述铜盐加入所述溶剂中，在保护气氛下，将所述金盐继续加入所述溶剂中，得到混合物，将所述混合物置于冰浴中，向所述混合物中加入所述还原剂得到反应液，所述反应液发生还原反应，在所述还原反应过程中，对所述反应液施加超声波，得到负载在所述载体上的金铜合金核前躯体。

8.根据权利要求7所述的氧还原催化剂，其特征在于，所述超声波的功率为400W～600W，所述超声波的频率为30kHz～50kHz，超声时间为6h～18h；

在所述反应液中，所述铜盐在所述溶剂中的质量浓度为1mg/mL～2mg/mL，所述金盐在所述溶剂中的质量浓度为1mg/mL～2.5mg/mL，所述载体在所述溶剂中的质量浓度为1mg/mL～2.5mg/mL，所述还原剂在所述溶剂中的质量浓度为4mg/mL～10mg/mL。

9.根据权利要求4所述的氧还原催化剂，其特征在于，所述铜盐包括氯化铜、硫酸铜和硝酸铜中的一种或两种以上；

所述金盐包括氯金酸和/或氯金酸盐；

所述铂盐包括氯铂酸和/或氯铂酸盐；

所述溶剂包括乙二醇、甲醇和乙醇中的一种或两种以上；

所述载体包括炭载体；

所述还原剂包括硼氢化钠和/或氰基硼氢化钠；

所述稀酸溶液包括硫酸、硝酸和盐酸中的一种或两种以上；

所述稀酸溶液中的氢离子浓度为0.1mol/L～0.4mol/L；

所述铂盐在所述稀酸溶液中的浓度为0.05mmol/L～0.2mmol/L。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括如权利要求1～3中任意一项所述的氧还原催化剂或如权利要求4～9中任意一项制备方法制得的氧还原催化剂。