[发明专利]载有双壳层核壳催化剂的气体扩散电极及其制备和应用

权利要求书

1.载有双壳层核壳催化剂的气体扩散电极，包括叠合在一起的气体扩散层和催化剂层，其特征在于：

于气体扩散层表面原位得到核壳催化剂层，催化剂层中的催化剂为Pt/Au/PdCo/C或Pt/Au/PdNi/C或Pt/Au/PdFe/C或Pt/Au/PdCu/C中的一种或两种以上，催化剂为以合金化的PdCo/C或PdNi/C或PdFe/C或PdCu/C为核，以位于表面的Pt为外壳，以位于Pt壳与上述合金化核之间的Au为内壳的双壳层核壳催化剂，催化剂层中金属质量占总质量的5-80%；其中Pd与Co或Ni或Fe或Cu或Co、Ni、Fe和Cu中的两种以上的总和的摩尔比为8:1-1:2；Pd和Au的摩尔比为8:1-1:1；Pd和Pt的摩尔比为30:1-5:1。

2.如权利要求1所述气体扩散电极，其特征在于：

气体扩散层由支撑层和微孔层组成，支撑层为憎水化处理过的碳纸或碳布，微孔层为含有碳粉和树脂的多孔层，微孔层覆盖于支撑层一侧表面。

3.如权利要求1所述气体扩散电极，其特征在于：

催化剂层中催化剂中金属质量占总质量的12-46%；其中Pd与Co或Ni或Fe或Cu或Co、Ni、Fe和Cu中的两种以上的总和的摩尔比为5:1-1:1；Pd和Au的摩尔比为5:1-2:1；Pd和Pt的摩尔比为20:1-10:1。

4.一种权利要求1所述其体扩散电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

(1)气体扩散层的制备：以憎水化处理的碳纸或碳布为支撑层，于支撑层一侧表面制备微孔层;

(2)催化剂内核的制备:

a．于去离子水中加入PdCl₂和/或Pd(NO₃)₂，同时加入Co、Ni、Fe、Cu中之一的硝酸盐、氯化物、溴化物、硫酸盐、醋酸盐中的一种或两种以上形成的混合物，搅拌使之混合均匀，之后于混合液中加入碳载体，并超声分散至混合液均匀；

b．于上述步骤(2)a所得混合液中滴加柠檬酸钠水溶液，并在搅拌的条件下逐滴滴加NaBH₄水溶液，静置后过滤得固体物质，之后采用去离子水对所得固体物质进行洗涤，并将洗涤后所得物质置于真空烘箱中干燥，得PdCo/C或PdNi/C或PdFe/C或PdCu/C中的一种；

c．将步骤(2)b所得PdCo/C或PdNi/C或PdFe/C或PdCu/C于氢气和惰性气体混合气中进行热处理，得合金化PdCo/C或PdNi/C或PdFe/C或PdCu/C；

(3)核壳催化剂层的制备

a．于乙醇中，加入上述步骤(2)所得合金化PdCo/C或PdNi/C或PdFe/C或PdCu/C中的一种或两种以上的混合物，搅拌使之混合均匀后加入乳液，并超声分散至混合液均匀；

b．移取上述步骤(3)a所得混合液，并涂覆于步骤(1)所得气体扩散层的微孔层表面作为工作电极，Pt片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极；

c．将上述步骤(3)b所得工作电极置于H₂SO₄和CuSO₄混合溶液中在10-200mV的沉积电位下维持10-300s，然后将电极浸入H₂SO₄和HAuCl₄混合溶液中并静置1-10min进行置换反应，再用去离子水将电极清洗干净；

d．将上述步骤(3)c所得工作电极置于H₂SO₄和CuSO₄混合溶液中在10-200mV的沉积电位下维持10-300s，然后将电极浸入H₂SO₄和K₂PtCl₄混合溶液中并静置1-10min进行置换反应，再用去离子水将电极清洗干净，即得到载有以合金化的PdCo/C或PdNi/C或PdFe/C或PdCu/C为核，以位于表面的Pt为外壳，以位于Pt壳与上述合金化核之间的Au为内壳的双壳层Pt/Au/PdCo/C或Pt/Au/PdNi/C或Pt/Au/PdFe/C或Pt/Au/PdCu/C中一种或两种以上核壳催化剂的气体扩散电极。