[发明专利]一种用于燃料电池阴极电催化剂及其制备和应用

权利要求书

1.一种用于燃料电池阴极电催化剂，其特征在于：所述催化剂活性组分为具有多孔纳米结构的掺杂型催化剂，包含Se掺杂纳米碳或Se与氮共掺杂的纳米碳；催化剂中的掺杂Se原子的总质量百分含量为0.1～10％；氮原子的总质量百分含量为0～10％；炭材料的比表面积为50-3000m²/g;炭材料总孔容为0.5-5cm³/g。

2.一种权利要求1所述用于燃料电池阴极催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1).将炭前驱体与溶剂按物质的量比为1:1～1:100的比例混合，室温～95℃下加热搅拌，使其充分溶解，形成透明溶液A；

(2).将含有0.5mg/L-20mg/L Se的含Se前驱体与溶剂以物质的量比为1:1～1:100混合物得到B；

(3)将B加入到A中，继续搅拌，使之形成均匀分散,得到C；其中Se与含炭前驱体的物质的量比为1:10～1:1000;优选比例为1:10～1:100；

(4).将C倒入高压水热反应釜中，在一定温度和压力下密封反应1-10h，得到D；其中反应温度为40-200℃,优选温度为60℃-160℃反应压力为0.1-3MPa,优选压力范围为0.1-1.5MPa；

(5).将D在室温～95℃环境中持续搅拌，待水分或有机溶剂完全蒸发后在60～80℃干燥，得到复合物E;

(6).将复合物E干燥老化处理1～7天，取出后粉碎，得到固体粉末F；

(7).将固体粉末F于500～1200℃惰性气体保护条件下或氮化气氛下炭化化处理0.5～8小时，得到固体粉末G；优选温度为700-1000℃；

(8).将混合物G洗涤，并在100-1000rpm下球磨1-8h，干燥后得到催化剂。

3.根据权利要求2所述的阴极催化剂制备方法，其特征在于：所述炭前驱物包括以下中的一种或二种以上：

(1)低分子的糖类，包括蔗糖、淀粉、葡萄糖、麦芽糖、木糖、糠醇等中的一种或几种；

(2)小分子的有机物，包括甲醛、乙二胺、三甲胺，三聚氰胺、苯酚、乙烯、乙炔、丙烯、苯中的一种或几种；

(3)高分子聚合物，包括中间相沥青、聚氨酯、聚吡啶、聚乙二醇、聚吡咯、聚丙烯腈、聚苯胺、苯酚甲醛树脂、间苯二酚甲醛树脂、二/三聚氰胺甲醛树脂、脲醛树脂、明胶及生物蛋白等中的一种或几种。

4.根据权利要求2所述的阴极催化剂制备方法，其特征在于，溶剂为水、乙醇、异丙醇、丙酮、N-N二甲基甲酰胺、N-N二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的一种或二种以上。

5.按照权利要求2所述的阴极催化剂制备方法，其特征在于：所述采用在惰性气体或氮化气氛时，惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种；所述氮化气氛为NH₃/N₂、NH₃、CH₃CN或HCN气氛中的一种。

6.按照权利要求2所述的阴极催化剂制备方法，其特征在于：所述的Se前驱体是硒酸钠、硒脲、硒酸、硒酸钾、单质Se、二氧化硒中的一种或二种以上混合物。

7.一种如权利要求1所述催化剂的应用，其特征在于：所述催化剂作为阴极催化剂应用于质子交换膜燃料电池或直接甲醇燃料电池中。