[发明专利]ORR催化剂的制备方法

说明书

本发明提供一种ORR催化剂的制备方法。该ORR催化剂的制备方法包括以下步骤：1)制作含钴多氮型金属有机框架材料的前驱体；2)将前驱体分散于含氯铂酸的乙二醇溶液中，进行微波合成/萃取反应，制得含有铂参与后配位的钴多氮型金属有机框架材料；3)铂参与后配位的钴多氮型金属有机框架材料进行煅烧处理，得到ORR催化剂。采用基于Pt增强多氮型咪唑羧酸类钴基金属有机框架材料，通过氧化还原方式制备电催化剂，操作工艺简单；同时降低了催化剂中铂含量，制得的催化剂金属有机框架具有微孔结构，有助于质子和气体的传输，产品具有较高的催化性能。

技术领域

本发明属于氧化还原电催化技术领域，具体涉及一种ORR催化剂的制备方法。

背景技术

人类文明发展至今，物质和精神文明已经高度发达，随着人类社会继续高速的向前发展，能源的重要性不言而喻。随着三大矿石能源的不断使用，能源储备、过度开采和环境污染等问题愈发严重。尽管每一次的能源技术创新、突破都给生产力发展和社会变革带来巨大的影响，但时至今日，所有这些社会进步均是构建在大量使用化石燃料的基础上。面对全球经济和人口增长对于能源的需求，以及传统能源的日益枯竭，加之人类生存环境的日渐恶化，发展清洁可再生新能源是维持人类可持续发展的唯一出路。

氢能，具有清洁高效环境友好等诸多优点，被认为是21世纪的理想能源。此外氢的主体是以化合物水的形式存在的，而地球表面约70％为水所覆盖，因此氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。正因如此，美国、日本等国都大力发展本国氢燃料电池，如早在2002年美国就制定了国家氢能发展路线图，日本也正在实施新阳光计划发展氢能经济。燃料电池，作为一种氢能利用技术，可直接将化学能转化为电能的能量转换装置，有着高效地转化效率，其电化学反应过程就是氢氧反应生成水的过程。

质子交换膜燃料电池(PEMFC，proton exchange membrane fuel cell)是一种绿色、高效、高能量密度的能量转换装置，可直接将化学能转化为电能，且启动快，无污染，转换效率可达40％。PEMFC的核心部件为膜电极(MEA，membrane electrode assemblies)，由具有催化活性的质子交换膜与气体扩散层(GDL，gas diffusion layer)热压制成。MEA作为电化学反应的发生地，其性能的好坏直接决定了燃料电池的转化效率高低，也决定了产品的性能、寿命及成本。而MEA电化学反应性能主要又是由催化剂的催化活性、比表面积以及电化学稳定性所决定的。根据美国能源部(DOE，Department of Energy)报告显示，在一个80kW的车用PEMFC堆的所有成本中，催化剂层中作为氧化还原反应催化剂的铂(Pt,platinum)占据其中的17％。因此，如何在“大电流密度、低铂载量、低加湿”的背景下，对催化层(CL,Catalyst Layer)进行新型设计，在实现高功率密度的同时，降低铂载量，成为当前PEMFC研究的前沿。

氧化还原反应(ORR)是质子交换膜燃料电池中阴极的基本反应，目前，商业Pt/C催化剂是最常用的ORR电催化剂。然而，在自然界中Pt储量有限，且价格昂贵，导致燃料电池无法大规模商业化应用。在过去的几十年，科学家们已开发不同种类的电催化剂，例如，非贵金属和无金属材料的电催化剂。在这些ORR催化材料中，金属有机框架(MOFs)材料由于其具有较高的孔隙率、较大的比表面积以及可调多变的孔道结构等优势，已将其应用于质子传导、电催化等领域，以金属有机框架为前驱体制备的杂原子(B、N、S、P等)掺杂到碳基质中或与金属/金属氧化物结合后能增强电催化活性，但效果都不理想。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种ORR催化剂的制备方法，能够降低催化剂中Pt含量，具有较高的催化性能。

为了解决上述问题，本发明提供一种ORR催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)制作含钴多氮型金属有机框架材料的前驱体；

2)将前驱体分散于含氯铂酸的乙二醇溶液中，进行微波合成/萃取反应，制得含有铂参与后配位的钴多氮型金属有机框架材料；