[发明专利]一种氧还原用催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氧还原用催化剂及其制备方法，该催化剂包括炭载体和负载在所述炭载体上的金属组分Pt，所述炭载体为以蓖麻籽壳为原料制备得到的炭载体。其中制备所述炭载体的方法包括：将蓖麻籽壳经热解处理、石墨化处理、磷掺杂处理和氮掺杂处理，得到所述炭载体。本发明的以包括炭载体和负载在所述炭载体上的金属组分Pt，且所述炭载体以蓖麻籽壳为原料制备而来的氧还原用催化剂，在电化学性能测试中，具有明显高的质量比活性、电化学活性面积和30k圈的耐久性，在Pt含量为40％时即可实现商业中Pt含量为60％的催化效果，具有明显提高的电催化活性性能。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种氧还原用催化剂及其制备方法。

背景技术

氢燃料电池的阴极和阳极均需要用到铂炭催化剂，阳极上的HOR(hydrogenoxidation reaction，氢氧化反应)的动力学非常快，即使对于非常低的催化剂负载，电压损失也很小，而阴极需要高的催化剂负载来催化缓慢和限速的ORR(oxygen reductionreaction，氧还原反应)，因此目前绝大数研究工作都集中在氧还原催化剂上。商业燃料电池中常用氧还原催化剂是50～70％Pt/C，但是催化剂铂含量高、铂金属价格昂贵，限制了燃料电池大规模应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种氧还原用催化剂及其制备方法。本发明的以包括炭载体和负载在所述炭载体上的金属组分Pt，且所述炭载体为以蓖麻籽壳为原料制备得到的炭载体的氧还原用催化剂，在电化学性能测试中，具有明显高的质量比活性、电化学活性面积和30k圈的耐久性，在Pt含量为40％时即可实现商业中Pt含量为60％的催化效果，具有明显提高的电催化活性性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种氧还原用催化剂，其特征在于，包括炭载体和负载在所述炭载体上的金属组分Pt，所述炭载体为以蓖麻籽壳为原料制备得到的炭载体。

上述氧还原用催化剂，其特征在于，制备所述炭载体的方法包括：将蓖麻籽壳经热解处理、石墨化处理、磷掺杂处理和氮掺杂处理，得到所述炭载体。

上述氧还原用催化剂，其特征在于，所述热解处理包括：将蓖麻籽壳于真空条件下在温度为600℃～1000℃进行1h～8h的热解处理。

上述氧还原用催化剂，其特征在于，所述石墨化处理包括：将热解处理后物料于真空条件下在温度为1000℃～2000℃进行5h～36h的石墨化处理。

上述氧还原用催化剂，其特征在于，所述磷掺杂处理包括：将石墨化处理后物料置于含磷化合物溶液中于80℃～100℃搅拌8h～24h；所述含磷化合物溶液中含磷化合物的浓度为20wt.％～60wt.％；所述含磷化合物为磷酸、磷酸二氢钠或氨基三甲叉膦酸。

上述氧还原用催化剂，其特征在于，所述氮掺杂处理包括：将磷掺杂处理后物料置于含氮化合物溶液中，在1MPa～5MPa氮气气氛中，于80℃～200℃进行4h～12h的搅拌；所述含氮化合物溶液中含氮化合物的浓度为20wt.％～60wt.％；所述含氮化合物为氨水、氯化铵或三聚氰胺。

此外，本发明还提供一种制备上述氧还原用催化剂的方法，包括：将所述炭载体、氯铂酸和聚乙烯吡咯烷酮溶解于乙醇-异丙醇混合溶液中，回流，冷却，过滤，洗涤至无氯离子，干燥，得到氧还原用催化剂。

上述的方法，其特征在于，所述氯铂酸的质量为炭载体质量的1.78倍，所述聚乙烯吡咯烷酮的质量为炭载体质量的1/3倍。

上述的方法，其特征在于，所述回流的温度为110℃。

本发明与现有技术相比具有以下优点：