[发明专利]一种离子液体电解液及制备方法、合金及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种离子液体电解液及制备方法、合金及制备方法和应用。本发明中的离子液体电解液包含R(TSFI)₃、可溶性贵金属盐和[BMIM]TSFI，以离子液体电解液的体积为1L计，所述离子液体电解液中R(TSFI)₃、贵金属盐的浓度分别为0.001～0.04mol/L、0.04～0.2mol/L，其中，R(TSFI)₃式中的R为稀土金属。在该离子液体电解液中通过电沉积的方式可在工作电极上沉积出贵金属‑稀土金属合金，使用该离子液体电解液制备贵金属‑稀土金属合金的方法，简单、无污染、可循环，合金中贵金属的使用量较低、长期稳定性较高且氧还原性能较强。

技术领域

本发明主要涉及一种离子液体电解液及制备方法、合金及制备方法和应用。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种通过电化学反应直接将化学能转换成电能的装置，其在阳极发生氢气的氧化反应，在阳极发生氧的还原反应，两个电池反应均需要贵金属铂(Pt)作为催化剂。铂储备量稀少、价格高，同时Pt催化剂的长期稳定性差，导致目前的质子交换膜燃料电池成本高。

为了解决上述问题，一是Pt和其他金属合金化，主要是与过渡金属和稀土金属形成合金，二是将贵金属Pt制备成单原子。Pt合金通过与其他金属的相互作用可以提高其长期稳定性，将Pt制备成单原子可以提高表面活性。由于稀土金属有独特的4f轨道，其与Pt原子之间的相互作用力弱化了Pt-OH之间的键能，因而提高了Pt的氧化还原性能及其长期稳定性。

目前，制备Pt-稀土合金的方法主要有溅射法、电沉积法和氢气还原法。但是现有技术中制备的材料实际应用于燃料电池氧还原的报道很少，其中只有通过溅射法制备的材料可实际应用于氧还原。María等(Tuning the activity of Pt alloy electrocatalystsby means of the lanthanide contraction.science,2016,352,73-76)通过溅射法制备出一系列的Pt-稀土合金应用于氧还原反应，经过10000圈的长期稳定性测试后，在0.9V时，性能最优的Pt₅Gd合金的质量比活性大约是纯Pt的6倍，但是溅射法是单纯的物理方法，需要纯的稀土金属和铂金属，这种方法加大了成本。Xiang等(Concave cubic PtLa alloynanocrystals with high-index facets:Controllable synthesis in deep eutecticsolvents and their superior electrocatalytic properties for ethanoloxidation.J.Power Sources,2018,399,422-428)在氯化胆碱和尿素的低共熔溶剂中，通过H₂PtCl₆·6H₂O和La(NO₃)₃在80℃的条件下电沉积制备的Pt-La合金颗粒，制备得到的合金Pt-La只是应用于甲醇氧化反应。Roy等(Activity and stability of carbon supportedPt_xY alloys for the ORR determined by RDE and single-cell PEMFCmeasurements.Journal of The Electrochemical Society,2018，165,J3173-J3185)利用Pt/C和YCl₃在氢气氛中还原制备出Pt-La和Pt-稀土合金颗粒，通过在800℃，60分钟和360分钟条件下制备的Pt_xY合金的性能与商业Pt/C相比，表现出了更大的半波还原电位，而在360分钟条件下所得到的Pt_xY合金的性能更优，即在0.9V时的质量比活性是商业催化剂的6倍。