[发明专利]一种PtAu/PtMe电催化剂及其制备和应用

说明书

本发明提供一种PtAu/PtMe电催化剂及其制备和应用,所述PtAu/PtMe电催化剂中Pt形成PtAu合金及PtMe合金两种相；所述电催化剂PtMe为Pt与Fe、Co、Ni中一种或两种以上形成的合金；Pt与Au的原子比为2:1～8:1。与现有技术相比，本发明Au还原过程中无需额外保护剂和还原剂，合成路线简便易行，所得PtAu/PtMe催化剂耐磷酸毒化及电化学循环稳定性良好。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体的说涉及一种以磷酸掺杂膜为电解质的高温燃料氧还原催化剂。

背景技术

与低温(<100℃)质子交换膜燃料电池相比，高温(>100℃)质子交换膜燃料电池具有电极反应动力学速率快、电催化剂抗CO等毒物能力提高、反应物和产物均为气相而使得水热管理较为简单等优势，作为绿色高效发电装置，在移动电源、便携电站等领域具有广阔的应用前景[1]，近年来引起了研究者广泛的兴趣。但是，高温质子交换膜燃料电池在使用过程中依然存在一些问题。首先，经过近十年的研究，发现通常采用的高温膜磷酸掺杂的聚苯并咪唑(PBI)在高达200℃的条件下具有较好的稳定性和较高的质子传导率，但是磷酸在Pt基催化剂表面吸附强，造成催化剂毒化，影响电催化剂的活性；同时，由于操作温度提高，在高温、强酸以及高电位条件下，Pt基催化剂更易发生团聚，其稳定性受到更大的挑战。

为克服上述问题，Jong Hyun Jang(ElectrochimicaActa,2011,56,8802–8810)制备了Au@Pt催化剂，提高了Pt耐磷酸毒化的能力；Soo-Kil Kim(Applied Catalysis B:Environmental,2015,165 495–502)发现在酸性条件下，Au表面磷酸吸附较弱，进而采用CVD法制备PtAu合金，降低了磷酸在Pt表面吸附。然而，上述方法制备Au合金纳米粒子的过程中，或采用复杂的制备方法——例如上述文献中所提CVD及电化学沉积法，而采用湿化学法(ACS Catal.2016,6,1680-1690；Chem.Sci.,2016,7,3500–3505；Nanoscale,2016,8,2875–2880)制备Au或者Au的合金纳米粒子过程中，则需额外添加还原剂和保护剂，这些物质难以彻底去除，从而对纳米粒子造成不必要的污染。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，发明了一种用于高温磷酸掺杂型质子交换膜的PtAu/PtMe电催化剂。本发明采用以下技术方案来实现：

一种PtAu/PtMe电催化剂，所述电催化剂的活性成分包括Pt、Au和Me，其中Pt分别与Au和Me形成PtAu和PtMe两种合金相，所述Me为Fe、Co、Ni中任意一种或二种以上；所述PtAu/PtMe电催化剂中Pt与Au的原子比为2～8:1，Pt与Me的原子比为1:0.001～1:0.25。

所述电催化剂为担载型或非担载型催化剂，活性成分的总质量含量为5.6％～100％。

所述PtAu/PtMe电催化剂的制备方法，包括以下步骤，

1)采用乙二醇EG还原法和/或者硼氢化钠还原法制备PtMe催化剂或PtMe/C催化剂；催化剂中PtMe金属总质量含量为5.3％～100％，PtMe的原子为1:0.188～1:1；

2)于溶剂中加入步骤1)所得催化剂，超声分散形成第一浆液；催化剂于溶剂中的质量浓度0.5mg_催化剂·ml^-1～10mg_催化剂·ml^-1；

3)将Au的前体盐加入至溶剂中并搅拌溶解，Au的浓度为0.01mg_Au.ml^-1～5mg_Au.ml^-1；