[发明专利]一种抗硫化物中毒燃料电池阴极催化剂的制备方法

说明书

一、技术领域：

本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及一种抗硫化物中毒燃料电池阴极催化剂的制备 方法。

二、背景技术：

燃料电池具有能量转换效率高、环境友好、室温快速启动等优点，被认为是未来电动汽 车及其它民用场合最有希望的化学电源。目前为止最有效的燃料电池阴极催化剂依然是铂类 催化剂，然而一氧化碳、硫化物等毒性气体易使铂类催化剂中毒，导致催化剂失活。一氧化 碳可以通过净化装置去除，而硫化物的净化则很难实现，铂类催化剂易中毒问题无法避免， 严重阻碍了燃料电池的商业化进程。因此，提高催化剂抗硫化物中毒具有重要意义。

国内外针对燃料电池催化剂抗硫化物中毒鲜有研究。文献[J.Power Sources 2011，196： 3722-3728]通过在含氯铂酸的硫酸溶液中电化学沉积的方法，将纳米铂和多晶铂分别沉积在 铂炭电极上，制备纳米铂和多晶铂修饰的催化剂电极。该方法所制备的催化电极表现出一定 的抗硫化物中毒性；然而，该方法所制备的纳米Pt颗粒较大、氧还原催化活性低，没有展现 出适用于商业化燃料电池的抗SO₂中毒性能。

三、发明内容：

本发明的目的是针对现有燃料电池铂基催化剂易硫化物中毒的缺点，提供一种抗硫化物 中毒燃料电池阴极催化剂的制备方法。本发明首先通过化学吸附将钼酸盐吸附在功能化 Vulcan XC-72碳粉上，在氮气或氩气气氛保护下焙烧得到MoO₃/C，然后采用化学还原的方法 将铂负载在MoO₃/C上，利用MoO₃与Pt之间的协同效应来改变Pt的电子构型，使铂具有较高的 抗硫化物中毒能力。

本发明的目的是这样实现的：一种抗硫化物中毒燃料电池阴极催化剂的制备方法，其具 体方法步骤包括

(1)碳载体的功能化

称取1克市售Vulcan XC-72碳粉，加入150毫升体积比为1∶4的30％过氧化氢和浓硫 酸的混合溶液中，超声搅拌3小时后，用超纯水稀释，静置24小时后滤出上层清液，经多次 离心洗涤，烘干，研磨后得到功能化Vulcan XC-72碳粉。

(2)MoO₃/C催化剂的制备

按功能化Vulcan XC-72碳粉∶钼酸盐的质量比为1∶0.01～0.1称取步骤(1)所得的功 能化Vulcan XC-72碳粉和钼酸盐，然后以去离子水为溶剂在超声搅拌条件下振荡均匀，继续 搅拌12～24小时后，在60～95℃条件下蒸干，研磨后将混合物粉末在氮气或氩气气氛100～ 180℃下保持30～60分钟，然后继续升温至350～450℃并保持4～8小时，冷却后得到MoO₃/C 催化剂。

(3)制备Pt-MoO₃/C催化剂

按氯铂酸∶柠檬酸钠∶MoO₃/C的质量比为1∶1～3∶1～10称取氯铂酸、柠檬酸钠和步 骤(2)所得的MoO₃/C催化剂，向过量的乙二醇溶剂中加入全部的MoO₃/C催化剂、柠檬酸 钠和氯铂酸，超声搅拌8～17小时，然后用质量分数为5％的氢氧化钠乙二醇溶液调节pH值 至8～11，继续超声搅拌10～30分钟后，将上述混合溶液转移至反应釜，在120～160℃条件 下反应4～8小时，然后将产物过滤，洗涤，烘干，研磨，最后在真空条件下50～80℃干燥5～ 24小时后得到Pt-MoO₃/C催化剂。

其中所述钼酸盐为钼酸铵、氯化钼、钼酸的其中之一。

本发明的优点在于利用MoO₃与Pt之间的协同效应，改变Pt的电子构型，提高催化剂的 抗硫化物中毒性能，从而克服了燃料电池铂基催化剂易硫化物中毒的缺点，突破了燃料电池 抗中毒技术难题。

本发明方法简单易行、生产成本低廉，采用本发明制备的Pt-MoO₃/C催化剂可应用于以 质子交换膜为电解质的燃料电池，如氢氧质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池的催化剂。 本发明所制得的Pt-MoO₃/C催化剂具有与英国Jonhson-Matthey公司商业化Pt/C催化剂相比， 具有更优异的抗硫化物中毒性能和氧还原催化活性。

四、附图说明：