[发明专利]一种贵金属负载型电催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种贵金属负载型电催化剂的制备方法，其包括如下步骤：a：将载体和金属前驱体混合，研磨处理，得到前驱物，其中，所述载体选自炭黑、活性炭、石墨炭、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯中的至少一种，所述金属前驱体包括铂盐、钌盐、铱盐或金盐中的至少一种；b：将所述步骤a得到的前驱物进行烧结处理，得到电催化剂。本发明的制备方法还可以包括步骤c，将所述步骤b得到的催化剂进行脱合金化处理。本发明制得的电催化剂的金属构成可以是单原子、团簇或颗粒，组分为单一组分或合金，制备方法简易、高效、普适、经济，并且可以批量化放大，该类型催化剂可应用于电催化领域，特别是在酸性或碱性电解质中的氧还原反应。

技术领域

本发明属于电化学催化领域，具体涉及一种贵金属负载型电催化剂，特别的还涉及该贵金属负载型电催化剂的制备方法，进一步地，还涉及该贵金属负载型电催化剂的应用。

背景技术

我国氢燃料电池技术整体上取得了长足的发展，但在催化剂研究方面，国内尚处于起步阶段。催化剂是燃料电池内部关键材料之一。目前催化剂的批量生产技术尚不成熟，这严重制约了我国氢燃料电池产业的自主可控发展。可以看到，在高活性、高稳定性催化剂、低铂电极等方面的技术水平多停留在实验室和样品阶段，虽然已经达到甚至超过了国外的商业化产品，但还没有形成大批量生产技术。因此优化Pt基催化剂制备方法，特别是研制低成本、开发相应的Pt基催化剂批量化制备工艺将是PEMFC关键材料——催化剂的研究方向。

负载型催化剂的制备方法有液相还原法、气相还原法、胶体法、微乳液法等，但都存在着放大效应、制备过程繁琐和污染严重等问题，且制备量级大都停留在实验室的毫克-克级尺度，难以实现工业化制备和批量生产。如何突破合成难题，实现催化剂批量、宏量制备，促使负载型合金催化剂真正从实验室走向工业化，是目前研究中的重大挑战。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

浸渍还原法是最常用的较为简便的一种制备负载型催化剂的方法，包括两部分：首先将活性中心的前驱体在溶液体系中与高比表面积的载体材料均匀混合分散，然后加入液相还原剂，如乙二醇，硼氢化钠等，或者气相的还原剂，如氢气等，在适当的温度下对前驱体进行还原，使之成为微小的粒子负载于载体表面。通过选择不同还原性的还原剂，能够实现单一金属的还原或多种金属的共同还原而形成合金结构。在使用这种方法的制备过程中，前驱体的种类，还原反应的温度，载体材料的表面性质及还原剂的加入方式等多种因素都会对产物的形貌及结构产生较大的影响，因此，浸渍还原法的可控性较差。同时该方法对载体的种类要求较高，而且通常需要较高的反应温度、以及较复杂后续处理方式，不利于规模化生产。

胶体法是目前研究较多的一种方法，它包括三个步骤，首先是制备金属前驱体的胶体，然后将胶体负载于载体的表面，最后再通过化学还原剂将前驱体胶体还原为金属纳米粒子。这种方法可以较好的控制产物的粒径，但由于制备过程复杂，反应步骤较多，过程难以控制，对催化剂的规模化制备具有较大的挑战。而且前期胶体的形成需要添加稳定剂，对后期催化性能产生一定程度的影响。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明第一个方面的实施例提出一种贵金属负载型电催化剂的制备方法，该制备方法简易、高效、普适、经济，并且可以批量化放大，制得的负载型催化剂可应用于电催化领域，特别是在酸性或碱性电解质中的氧还原反应。

根据本发明第一个方面实施例的贵金属负载型电催化剂的制备方法，其包括如下步骤：

a：将载体和金属前驱体混合，研磨处理，得到前驱物，其中，所述载体选自炭黑、活性炭、石墨炭、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯中的至少一种，所述金属前驱体包括铂盐、钌盐、铱盐或金盐中的至少一种；

b：将所述步骤a得到的前驱物进行烧结处理，得到催化剂。