[发明专利]一种Pd-Ni氧还原催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种Pd‑Ni氧还原催化剂及其制备方法，所述制备方法包括：(1)将Ni前驱体、Pd前驱体、十六烷基三甲基氯化铵、溶剂和还原剂按比例混合搅拌，然后在常压中进行加热反应，得到混合溶液；(2)将步骤(1)所述混合溶液经洗涤离心后，得到的固体与载体、溶剂混合，经超声搅拌、离心烘干后，得到所述催化剂。所述制备方法无需高压高温条件，仅在常压下制备得到性能优异的催化剂；利用CTAC的结构导向和选择性封端作用，改变了催化剂的形貌和尺寸，制备了粒径小、比表面积高的催化剂，改善了催化性能；制备的催化剂呈椭球结构，促使氧中间体释放速率加快，提供了更多的活性位点，大大提高了催化性能。

技术领域

本发明属于燃料电池电催化剂技术领域，涉及一种Pd基合金催化剂及其制备方法，尤其涉及一种Pd-Ni氧还原催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

由于石化能源的污染加剧和枯竭，清洁能源日益成为人们硏究的热点。燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，具有无污染、能量转化率高等优点，其中质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种可再生能源转换装置，为便携式电子设备和车辆提供动力具有巨大潜力。阴极氧还原反应(ORR)电催化剂的发展是燃料电池应用的重要一步，Pt/C催化剂是目前主要的燃料电池用催化剂。

CN103372429B公开了一种燃料电池用Pt/C催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将炭黑载体热处理2～6h；将六水合氯铂酸和热处理后的炭黑载体在乙二醇溶液中混合，得到混合液，然后用氢氧化钠溶液将混合液的pH调节至11～13，所述混合液中六水合氯铂酸的浓度为4～8mg/mL，将得到的混合液于微波炉中加热反应2-15min，冷却，再经分离、洗涤、干燥得到燃料电池用Pt/C催化剂。所述方法制备的催化剂铂粒子大小均匀，在炭黑载体上分布均匀。

CN106532075A公开了一种高Pt载量的燃料电池用Pt/G催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将炭黑经过HNO₃或H₂O₂预处理，与还原剂、超纯水混合，得到混合溶液；然后将氯铂酸水溶液与氢氧化钠溶液混合搅匀后加入上述混合溶液中，经过超声后形成反应液，将反应液置于微波炉中，放入温度探头，进行磁力搅拌，经过微波反应后，继续磁力搅拌并冷却至室温；最后对还原产物进行过滤和清洗，将滤饼真空烘干、研磨，得到所述催化剂。制备的催化剂颗粒均匀，分散性能好，催化效果较高。

然而，ORR的动力学缓慢，过电位高，且Pt/C电池价格昂贵，这些极大地阻碍了燃料电池的商业应用。因此，亟需开发一种新的催化剂以替代Pt类催化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Pd-Ni氧还原催化剂及其制备方法与应用，所述制备方法通过表面活性剂-十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)达到调控催化剂形貌的作用，适量CTAC的加入，改变了催化剂的形貌和尺寸，提高了催化剂的利用率，暴露了更多的活性位点，进而提升了催化剂的性能；且无需高压高温条件，仅在常压下就能得到性能优异的催化剂。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种Pd-Ni氧还原催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将Ni前驱体、Pd前驱体、十六烷基三甲基氯化铵、溶剂和还原剂按比例混合搅拌，然后在常压中进行加热反应，得到混合溶液；

(2)将步骤(1)所述混合溶液经洗涤离心后，得到的固体与载体、溶剂混合，经超声搅拌、离心烘干后，得到所述催化剂；

所述Ni前驱体与Pd前驱体的质量比为(1.1-1.2)：(1.5-1.6)，例如可以是1.1:1.5、1.1:1.55、1.1:1.6、1.15:1.5、1.15:1.55、1.15:1.6、1.2:1.5、1.2:1.55或1.2:1.6等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。