[发明专利]质子交换膜燃料电池催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池催化剂及其制备方法。该催化剂包括载体和活性成分；所述载体包括蒲公英状氮化钛，所述活性成分包括铂或铂合金；所述蒲公英状氮化钛的制备包括：蒲公英状二氧化钛与氨气发生氮化反应，制备得到所述蒲公英状氮化钛。本发明的质子交换膜燃料电池催化剂具有优异的催化性能和稳定性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池催化剂技术领域，特别是涉及质子交换膜燃料电池催化剂及其制备方法。

背景技术

低温聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)由于其较高的能量转化率和高性能，可被用作直接提供能源并且无污染的一种能量转换方式，被视为未来的能源的终极解决方案。然而，阴极缓慢的氧还原反应(ORR)动力学以及大量的稀缺性贵金属铂的使用，严重的阻碍了PEMFC的发展和生产。因此，开发廉价，高活性，易获得，高稳定性的ORR催化剂的设计和制造显得尤为重要。由于碳材料具有较高的导电性和易获得等特点，目前大多数铂基催化剂的载体都是以碳材料居多。令人遗憾的是，碳载体在酸性条件和氧化条件下，显示出了较差的耐腐蚀性，这种性质导致了此类催化剂的不稳定性和降解等劣势。因此，开发碳基载体的替代品就显得尤为重要。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种质子交换膜燃料电池催化剂，其具有优异的催化性能和稳定性能。

具体技术方案如下：

一种催化剂，包括载体和活性成分；所述载体包括蒲公英状氮化钛，所述活性成分包括铂或铂合金；

所述蒲公英状氮化钛的制备包括：蒲公英状二氧化钛与氨气发生氮化反应，制备得到所述蒲公英状氮化钛。

在其中一些实施例中，所述氮化反应包括：氨气氛围下，蒲公英状二氧化钛于780℃～1000℃反应2小时～4小时。

在其中一些实施例中，所述氮化反应包括：氨气氛围下，蒲公英状二氧化钛于850℃～950℃反应2.5小时～3.5小时。

在其中一些实施例中，所述蒲公英状二氧化钛的制备包括以下步骤：

四氯化钛水溶液作为溶液A；

甲苯和钛酸四丁酯混合后作为溶液B；

冰浴条件下，将所述溶液A加入到所述溶液B中，混合，于120℃～170℃反应15小时～25小时，纯化。

在其中一些实施例中，所述溶液A中四氯化钛的浓度为40wt％～60wt％。

在其中一些实施例中，所述溶液A和溶液B的体积比为4：(20～50)，进一步为4:(30～40)。

在其中一些实施例中，所述甲苯和钛酸四丁酯的体积比为(20～40):4。

在其中一些实施例中，所述混合包括：持续搅拌0.3～1.5小时。

在其中一些实施例中，所述活性成分采用脉冲电沉积的方式沉积在所述载体的表面。

在其中一些实施例中，所述脉冲电沉积的电流为-1mA ～-3mA，断开时间为0.05s～0.5s，连接时间为0.005s～0.05s。

在其中一些实施例中，所述活性成分采用脉冲电沉积的方式沉积在所述载体的表面包括以下步骤：

将所述蒲公英状氮化钛分散于Nafion醇溶液中，再将所得浆液置于玻碳电极表面，得到带有载体的玻碳电极；将所述带有载体的玻碳电极置于HClO₄溶液中脉冲扫描，再置于沉积液中，沉积铂；

所述沉积液包括以下组分：氯铂酸、水、聚乙烯吡咯烷酮、硫酸钠和硫酸。

本发明的另一目的是提供一种质子交换膜燃料电池，包括上述的催化剂。