[发明专利]包括铂-碱土金属合金的复合体、包括该复合体的燃料电池以及水电解电池及其制备方法

说明书

本发明涉及与以往的纯铂催化剂相比具有经济性、优异的催化剂活性以及显著提高的稳定性的优点的复合体，具体地，根据本发明的复合体包括：碳载体；以及二元合金，负载于碳载体并含有铂(Pt)及碱土金属，其中，在基于X射线光电子能谱法(XPS)的所述二元合金的Pt 4f XPS能谱中，由下述式1及式2规定的E1及E2满足下述式3。(式1)E1＝E0‑E0(ref)(式2)E2＝EⅡ‑EⅡ(ref)(式3)E1/E2≤0.85，在式1及式2中，E0(ref)及EⅡ(ref)分别为纯铂(Pt)的Pt 4f XPS能谱中Pt(0)峰的结合能(中心)以及Pt(Ⅱ)峰的结合能(中心)，E0及EⅡ分别为所述二元合金的Pt 4f XPS能谱中Pt(0)峰的结合能(中心)以及Pt(Ⅱ)峰的结合能(中心)。

技术领域

本发明涉及一种包括铂-碱土金属合金的复合体、包括该复合体的燃料电池以及水电解电池及其制备方法，具体地，涉及一种包括对氧还原反应或析氢反应的催化剂活性优异且耐久性显著提高的铂金类合金的复合体、包括该复合体的燃料电池以及水电解电池及其制备方法。

背景技术

作为环保能量转换制备的燃料电池及水电解电池为了提高能量转换效率而必须使用催化剂。

作为一示例，对质子交换膜燃料电池的情况而言，铂(Pt)主要用作催化剂以促进阴极中的氧还原反应(ORR：oxygen reduction reaction)以及阳极中的氢氧化反应(HOR：hydrogen oxidation reaction)。尤其，阴极中的氧还原反应比阳极中的氢氧化反应慢，从而其反应速度决定了燃料电池整体的形成，因此目前主要使用纯铂催化剂来促进阴极中的氧还原反应。

然而，作为贵金属的铂的高价和稀缺性限制着大规模的应用。为了克服这些问题，正在积极进行对将铂和诸如钴、镍、铁、锰或铜之类的第二金属合金化的铂类催化剂的研究。

在韩国公开专利第10-2020-0023080号中，虽然提供了铂和过度金属合金化的合金纳米颗粒催化剂，但实际情况是在活性、耐久性及经济性方面仍然需要改善。

因此，为了提高燃料电池的效率，需要提供一种活性及耐久性得到提高的同时具有经济性的催化剂。

虽然碱土金属在自然界非常丰富，且与其他金属相比具有相对低廉的优点，但由于碱土金属的高负极还原电位(negative reduction potential)，铂及碱土金属的还原电位差较大，从而很难进行用于与铂的合金化的合成，尤其难以进行铂-碱土金属合金的合成，因此在文献中几乎没有报道过颗粒型合金。相反，如果开发能够克服这种还原电源差来制备颗粒型合金的新的合成方法，则当该合金在脱合金化时需要非常大的能量，因此可以成为能够同时具有稳定性和活性的新铂基板合金材料。

因此，需要开发不仅具有催化剂的活性及耐久性，而且还具有经济性，从而实质上能够应用于燃料电池的铂类合金催化剂。

【现有技术】

【专利文献】

韩国公开专利第10-2020-0023080号

发明内容

技术问题

本发明的目的在于提供一种催化剂活性及稳定性优异且具有经济性的复合体。

本发明的另一目的在于提供一种包括本发明的复合体的用于氧还原反应及水电解电池的催化剂、用于燃料电池及水电解电池的阴极。

本发明的又一目的在于提供一种包括本发明的用于燃料电池及水电解电池的阴极的燃料电池以及水电解电池。

本发明的又一目的在于提供一种根据本发明的复合体的制备方法。

技术方案