[发明专利]一种硼氮共掺杂的碳载铂催化剂及其制备方法

说明书

一种硼氮共掺杂的碳载铂催化剂及其制备方法，该催化剂的制备步骤如下：将含氮前驱体和含硼前驱体溶解于溶剂中形成混合溶液；将载体浸渍于前述混合溶液中静置；蒸干溶剂得到吸附有含氮前驱体和含硼前驱体的载体，然后将吸附有含氮前驱体和含硼前驱体的载体在惰性气体保护下高温煅烧，得到硼氮共掺杂的载体；将硼氮共掺杂的载体用异丙醇分散成悬浮液，加入氯铂酸，搅拌混合均匀，蒸干溶剂；将去除溶剂后的产物进行还原反应，得到硼氮共掺杂的碳载铂催化剂。采用本发明方法制得的催化剂，其活性和稳定性得到了改善，同时也降低了成本。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池催化剂及其制备方法。

背景技术

燃料电池是一种直接将化学能转化为电能的能量转换装置，具有能量转换效率高(40-60％)、环境友好、室温快速启动、比功率和比能量高等特点，有望用于未来的电动车以及其他能源供应场合。但目前燃料电池的成本很高，严重影响了其商业化进程。燃料电池成本高的一个重要原因是因为其催化剂中贵金属铂的用量很高。

为了降低燃料电池催化剂的成本，非铂催化剂获得了广泛的研究，也取得了一些进展。Gong等报道了非铂的氮掺杂的碳纳米管阵列在碱性介质中具有比20％Pt/C更高的氧还原催化活性[Science323,760(2009)]。然而，在酸性环境下非贵金属催化剂的活性与稳定性与Pt相比仍有很大差距，目前无法满足动力电池的要求。

综合考虑催化剂成本以及催化剂活性，低铂催化剂具有更好的实用性。公开号为CN103157519A的中国发明专利申请公开了一种低温燃料电池用担载型核壳结构催化剂的制备方法，该催化剂为核壳结构催化剂，采用非铂或低铂金属为核，铂金属为壳，可以提高铂的利用率，降低铂的用量，对氧还原反应表现出较高的催化活性。专利号为201110251489.6的中国发明专利公开了一种高利用率燃料电池催化剂的制备方法，通过溴基化和磺酸基化将具有质子传导能力的磺酸基团引入到碳纳米管上，使碳纳米管同时具有质子和电子传导能力；然后通过化学还原的方法将铂纳米粒子沉积在碳纳米管上，使每一个铂粒子都处于燃料电池反应的三相界面上，从而达到提高燃料电池催化剂利用率、降低铂载量的目的。以上方法虽然可以在一定程度上提高铂的利用率，降低铂的用量，然而，以上方法制备的催化剂活性及稳定性依然有待进一步提高，铂用量和催化剂成本也有待进一步降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效稳定的燃料电池的催化剂及其制备方法，在保证催化剂高活性的前提下,通过降低贵金属铂的用量降低催化剂成本，同时提高催化剂使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种硼氮共掺杂的碳载铂催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将含氮前驱体和含硼前驱体溶解于溶剂中形成混合溶液；

将载体浸渍于前述混合溶液中静置；

蒸干溶剂得到吸附有含氮前驱体和含硼前驱体的载体，然后将吸附有含氮前驱体和含硼前驱体的载体在惰性气体保护下高温煅烧，得到硼氮共掺杂的载体；

将硼氮共掺杂的载体用异丙醇分散成悬浮液，加入氯铂酸，搅拌混合均匀，蒸干溶剂；

将去除溶剂后的产物进行还原反应，得到硼氮共掺杂的碳载铂催化剂。

更具体的，所述载体为活性炭。

更具体的，所述含氮前驱体为双氰胺、三聚氰胺、尿素、吡咯、吡啶、乙烯吡啶、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、聚吡咯、聚乙烯吡啶、聚丙烯酰胺中的一种或几种。

更具体的，所述含硼前驱体为硼酸、四硼酸钠、四苯硼钠、硼氢化钠中的一种或几种。