[发明专利]一种核壳结构催化剂、其制备方法及用途

说明书

本发明公开了一种核壳结构催化剂、其制备方法及用途。本发明的核壳结构催化剂呈新型的“蛋黄‑蛋壳”结构，具体包括空心微孔贵金属壳，以及位于所述空心微孔贵金属壳的空心腔内的过渡金属核，其中，所述空心微孔贵金属壳是由贵金属纳米颗粒组装而成的。本发明核壳结构催化剂的独特结构使得其比表面积大，且空心微孔贵金属壳和过渡金属核之间发生协同作用，大大提高催化性能。本发明的制备方法简单，可有效节约材料、降低成本，同时生产步骤简单，环境污染小，符合当今时代的发展潮流。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，涉及一种催化剂、其制备方法及用途，尤其涉及一种新型的核壳结构催化剂、其制备方法及作为电催化剂在燃料电池中的用途。

背景技术

燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，然后产出电能将其应用到现有的设备上，如军事、空间、发电厂以及机动车、移动设备、居民家庭等领域，其中推动这种燃料电池转化出电能最重要的一个环节就是催化剂，催化剂可以使原料快速高效的产出电能。

过去几十年，市场上使用的主要是铂碳、钯碳等催化剂，但这种催化剂催化性能低、成本高以及循环寿命低等问题。由于这些问题的存在，目前市场上也相应的推出新型的催化剂，比如双金属合金以及核壳结构的催化剂，此种催化剂对于以上问题都有了诸多改善，比如催化性能大大提高、循环寿命也得到很大改善，但仍然无法避免催化剂中贵金属铂钯的无法充分利用，从而使得单位质量催化性能得不到相对的提高，也相应的增加了一定的成本。基于这些问题，在未来的催化剂制造过程中势必会制备出具有新型结构的催化剂，成为电催化剂中的主流。

目前市场上运用在燃料电池中的催化剂主要以贵金属铂、钯负载在碳上为主，这种催化剂成本高、催化性能低、循环次数少等严重问题。而且，现有技术制备催化剂的方法存在材料消耗高、成本高、生产工序多、废液排放大、环保压力重等诸多缺点。

发明内容

针对目前燃料电池中使用的催化剂成本高、催化性能低、循环寿命短的问题，本发明的目的在于提供一种核壳结构催化剂、其制备方法及用途。本发明的核壳结构催化剂是一种新型的催化剂，其结构有别于市场上其他的催化剂，本发明的核壳结构催化剂的结构为新型“蛋黄-蛋壳”结构，其中的“蛋壳”是由贵金属的一次颗粒组装而成的，“蛋黄”为过渡金属颗粒，且“蛋黄”的个数是一个或多个。本发明的核壳结构催化剂具有较高的比表面积，且催化性能优异，应用前景广阔。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种核壳结构催化剂，所述核壳结构催化剂包括空心微孔贵金属壳，以及位于所述空心微孔贵金属壳的空心腔内的过渡金属核，其中，所述空心微孔贵金属壳是由贵金属纳米颗粒组装而成的。

本发明中，所述“空心微孔贵金属壳”指：该壳的化学组成为贵金属，该壳具有空心腔，且该壳上具有微孔。

本发明中，所述“微孔”指：孔径小于2nm的孔。

作为本发明所述核壳结构催化剂的优选技术方案，所述过渡金属核的个数为至少2个，例如为2个、4个、5个、7个、8个、10个、11个、12个、14个、15个、16个、17个、18个、20个或22个等。

优选地，所述过渡金属核的直径为2nm～6nm，例如为2nm、2.5nm、3nm、4nm、4.5nm、5nm或6nm等。

优选地，所述贵金属纳米颗粒的粒径为2nm～3nm，例如为2nm、2.2nm、2.4nm、2.5nm、2.7nm、2.8nm或3nm等。

优选地，由贵金属纳米颗粒组装而成的空心微孔贵金属壳的厚度为2nm～3nm，例如为2nm、2.2nm、2.5nm、2.7nm或3nm等。