[发明专利]质子交换膜燃料电池用催化剂及其制备方法

权利要求书

1.一种质子交换膜燃料电池用催化剂，其特征在于，包括炭黑载体和负载在所述炭黑载体上的金属组分，所述金属组分为铂和助剂金属，所述催化剂中铂的质量百分含量为40％～60％，助剂金属的质量百分含量为2％～6％，所述助剂金属为铁、钴、镍或铜；所述炭黑载体为预处理后炭黑载体，预处理的方法包括将炭黑用超纯水洗涤至滤液电导率＜4δ/cm²，烘干，与固体预处理剂混合球磨后于500℃～800℃温度条件下进行处理；所述固体预处理剂为甘氨酸、L-半胱氨酸或β-丙氨酸。

2.一种制备如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池用催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将分散剂与含可溶性助剂金属盐的有机溶液混合，得到助剂金属盐溶液；

步骤二、搅拌条件下，向步骤一所述助剂金属盐溶液中滴加还原剂溶液，得到混合体系A；

步骤三、将炭黑载体与步骤二所述混合体系A混合，超声，得到混合浆料B；

步骤四、将铂前驱体滴加到步骤三所述混合浆料B中，搅拌混合，得到混合浆料C；

步骤五、搅拌条件下，向步骤四所述混合浆料C中滴加还原剂溶液，得到混合浆料D；

步骤六、将步骤五所述混合浆料D置于高压反应釜中，充入氮气，在釜内氮气压力为1MPa～3MPa条件下反应6h～12h，过滤，洗涤，冷冻干燥，得到质子交换膜燃料电池用催化剂。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤三所述炭黑载体为预处理后炭黑载体，预处理的方法包括：

步骤101、将炭黑用超纯水洗涤至滤液电导率＜4δ/cm²，烘干，得到烘干后炭黑；

步骤102、将步骤101所述烘干后炭黑与固体预处理剂混合后球磨，得到球磨后炭黑；所述固体预处理剂的质量为所述烘干后炭黑质量的0.05倍～0.2倍；所述固体预处理剂为甘氨酸、L-半胱氨酸或β-丙氨酸；所述球磨时间为30min～60min；

步骤103、将步骤102所述球磨后炭黑置于管式炉中，充入氩气，在500℃～800℃温度条件下反应，自然降温，得到预处理后炭黑载体。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤一中所述分散剂的质量为可溶性助剂金属盐质量的0.02倍～0.04倍，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠或聚乙二醇，所述聚乙二醇为平均分子量为600的聚乙二醇。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤一中含可溶性助剂金属盐的有机溶液为可溶性助剂金属盐和异丙醇的混合物、可溶性助剂金属盐和乙二醇的混合物或可溶性助剂金属盐和N-N二乙基甲酰胺的混合物，所述可溶性助剂金属盐为FeCl₃·6H₂O、CoCl₂·6H₂O、NiCl₂·6H₂O或CuCl₂·2H₂O。

6.根据权利要求2～5任一权利要求所述的方法，其特征在于，步骤一中所述含可溶性助剂金属盐的有机溶液为用氢氧化钠饱和溶液调节pH后的含可溶性助剂金属盐的有机溶液，所述氢氧化钠饱和溶液为氢氧化钠和异丙醇的混合溶液、氢氧化钠和乙二醇的混合溶液或氢氧化钠和N-N二乙基甲酰胺的混合溶液。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤二中所述还原剂的质量为助剂金属质量的5倍～10倍；步骤五中所述还原剂的质量为步骤四中铂元素质量的2.5倍～5倍。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤二和步骤五中所述还原剂溶液均为还原剂和异丙醇的混合溶液、还原剂和乙二醇的混合溶液或还原剂和N-N二乙基甲酰胺的混合溶液，所述还原剂为水合肼、甲酸钠或硼氢化钠，所述还原剂溶液中还原剂的质量百分含量为2％～10％。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤四中所述铂前驱体为铂化合物和异丙醇的混合物、铂化合物和乙二醇的混合物或铂化合物和N-N二乙基甲酰胺的混合物，所述铂化合物为乙酰丙酮铂、氯亚铂酸钾或氯铂酸。