[发明专利]一种燃料电池用非贵金属催化剂及其应用

摘要

本发明涉及燃料电池催化剂，具体地说是一种新型非贵金属催化剂在燃料电池中的应用；所述催化剂的组分为间苯二酚，甲醛，金属盐，以及2-（2-吡啶）-苯并咪唑（C12H4N3）。间苯二酚与甲醛摩尔比为1:5～5:1，金属盐（以金属摩尔量记）与2-（2-吡啶）-苯并咪唑摩尔比为1:10～10:1。有机凝胶经过500～1200℃惰性气体环境中碳化制得炭凝胶载体,后浸渍金属有机配合物（金属盐和2-（2-吡啶）-苯并咪唑配位而成），再经500～1200℃氮化气氛环境中热解制得高活性的非铂催化剂。本发明作为一种非金属催化剂用作燃料电池阴极催化剂时，表现出良好氧还原活性和电化学稳定性。

主权项

一种燃料电池用非贵金属催化剂，所述催化剂以间苯二酚、甲醛、可溶性金属无机盐，以及2‑（2‑吡啶）‑苯并咪唑为原料，采用如下过程制备而成：（1）将间苯二酚和溶剂A按0.1～10ml溶剂/1g间苯二酚的比例混合配制溶液B；（2）向溶液B中加入质量浓度为20～40%的甲醛溶液，间苯二酚和甲醛的摩尔比为1:1～4:1，在20～100℃环境中持续搅拌直至反应形成溶胶凝胶前驱体；（3）在步骤（2）所得到的溶胶凝胶前驱体中，在25～70℃的条件下，用0.5～2M氨水或者0.5～2M草酸逐滴滴加至液态前驱体固化为固体凝胶，得到凝胶C；（4）将凝胶C干燥老化处理3～12天，取出后粉碎研磨，得到固体粉末D；（5）将固体粉末D于600～1200℃惰性气体气氛处理1～10小时，惰性气体吹扫至室温即得到碳凝胶载体；（6）将2‑（2‑吡啶）‑苯并咪唑和溶剂A按1g2‑（2‑吡啶）‑苯并咪唑/0.1～100ml溶剂的比例混合配制2‑（2‑吡啶）‑苯并咪唑溶液E；置于20℃～40℃水浴环境下，在惰性气体保护搅拌0.5～4小时；（7）将金属盐按照金属盐（以金属摩尔量记）/2‑（2‑吡啶）‑苯并咪唑摩尔比为1:10～10:1的比例，将金属盐加到溶液E中，在惰性气体保护下，置于20℃～40℃水浴环境下搅拌0.5～4小时得到配合物F；（8）将在步骤（5）里得到的碳凝胶载体，按载体/金属含量（以金属盐中的金属质量记）1:10～10:1的比例加入到步骤（7）所形成的配合物中，惰性气体保护搅拌0.5～4小时，后置于80℃～100℃水浴或油浴环境中加热搅拌蒸干溶剂，得到固体粉末G；（9）将步骤（8）中得到的固体粉末G于500～1200℃氮化气氛处理1～10小时，惰性气体吹扫至室温即得到所需的非贵金属催化剂。