[发明专利]一种碳包覆的PtPdIr/C氧还原电催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳包覆的PtPdIr/C氧还原电催化剂及其制备方法和应用，属于能源材料和电化学技术领域。本发明首先将铂源溶液、钯源溶液、铱源溶液和纳米碳载体分散液混合，超声使其分散均匀，然后将得到的反应前驱体转移到微波高压反应釜中，在150～200℃条件下恒温反应90～150min，冷却至室温后将样品离心、洗涤并真空冷冻干燥，得到PtPdIr/C催化剂；再采用电化学气相沉积(CVD)技术将得到的PtPdIr/C催化剂进行表面碳包覆，即得到碳包覆的PtPdIr/C催化剂。本发明制得的碳包覆的PtPdIr/C催化剂Pt含量较低，且表面包覆的碳层可有效防止Pt基合金纳米颗粒在燃料电池工况下发生溶解或团聚，具有较高的活性及稳定性。

技术领域

本发明属于能源材料和电化学技术领域，具体涉及一种碳包覆的PtPdIr/C氧还原电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

纳米碳材料由于其价格低廉，高导电性，其表面能够为铂基纳米颗粒提供足够的负载位点，因此成为目前应用最广泛的燃料电池催化剂的载体材料。但在质子交换膜燃料电池的阴极操作条件下，碳材料会发生严重的腐蚀，在高于0.2V的电位下碳的电化学氧化反应(COR)是热力学有利的。当操作温度小于100℃和电池电势低于1.0V时，COR动力学较为缓慢；但若电势高于1.0V，碳氧化反应速率就变得相当显著。在启停工况或电池发生燃料饥饿时，在阳极侧会形成瞬间的氢氧界面，此时阴极侧电压会达到很高的电势值(E1.5Vvs.RHE)，此时COR便会非常剧烈(Castanheira L,Dubau L,Maillard F.AcceleratedStress Tests of Pt/HSAC Electrocatalysts:an Identical-Location TransmissionElectron Microscopy Study on the Influence of Intermediate Characterizations[J].Electrocatalysis.2014；5:125-35)。碳腐蚀会引起电化学活性表面积大量损失、铂颗粒脱落团聚、电连通性降低、孔隙表面特性的改变，造成氧还原反应动力学损失和传质阻力大幅增加，性能大幅下降。为了减缓铂颗粒脱落团聚，载体材料应选择具有化学和电化学稳定性的材料，与铂纳米颗粒具有较强的相互作用，或者对催化剂进行表面包覆。

发明内容

针对现有技术中燃料电池催化剂在燃料电池苛刻的运行环境中易发生脱落、团聚等问题，影响使用寿命的技术问题，本发明的目的在于提供一种碳包覆的PtPdIr/C氧还原电催化剂及其制备方法和应用。本发明制备的碳包覆的PtPdIr/C氧还原电催化剂铂含量较低，且具有高氧还原催化活性和稳定性，催化活性优于商业20％Pt/C。

为了实现本发明的上述其中一个目的，本发明采用的技术方案如下：

一种碳包覆的PtPdIr/C氧还原电催化剂的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：

1)将适量纳米碳载体超声分散在去离子水中，形成纳米碳载体分散液；将铂源溶于去离子水中，形成铂源溶液；将钯源溶于去离子中，形成钯源溶液；将铱源溶于去离子中，形成铱源溶液；然后按配比将所述铂源溶液，钯源溶液，铱源溶液依次加入到所述纳米碳载体分散液中，混合均匀，得到反应前驱体；

2)将步骤1)得到的反应前驱体转移至微波高压反应釜中，在150～200℃条件下恒温反应90～150min，反应结束后，冷却至室温，将所得产物离心，洗涤，真空冷冻干燥，得到PtPdIr/C催化剂；

3)将步骤2)得到的PtPdIr/C催化剂置于管式炉中，在H₂/N₂的混合气氛中升温至600～900℃，以碳氢化合物有机气体为化学气相沉积(CVD)碳包覆的碳源，并在H₂/碳氢化合物有机气体/N₂的混合气氛中、600～900℃条件下恒温保温10～50min，再在N₂氛围中冷却至室温，最终制得碳包覆的PtPdIr/C催化剂。