本技术涉及燃料电池领域,特别是一种炭载核壳结构铂铜合金催化剂的制备方法。该方法包括将炭载体浸渍于含铜溶液,随后加入氢氧化钠调节pH值,并最终加入还原剂以实现充分还原,制备出高性能燃料电池催化剂。
背景技术
第一次工业革命以后,化石能源开始广泛的应用于人类社会活动之中,当时世界人口仅为7亿左右,在200多年后的今天,世界人口已经飙升至70亿,预计在2050年世界人口将突破100亿。随着世界人口的快速增长,能源的需求量将进一步扩大。传统化石能源燃烧会产生大量温室气体,造成极地冰川融化、海平面上升,对人类未来的生存造成巨大威胁。因此减少化石燃料的使用,减少温室气体的排放至关重要。
质子交换膜燃料电池,是一种直接将氢气化学能转化为电能的装置。它不受卡诺循环的限制,能量转换效率为传统内燃机的2~3倍。其使用固体Nafion膜作为电解质,体积小便于携带,是一种具有良好运用前景的能源装置。目前质子交换膜燃料电池使用的催化剂为铂碳催化剂。铂资源分布不均、储量小、价格昂贵,这极大的限制了质子交换膜燃料电池的发展与应用。上世纪80年代,科学家发现铂与过渡金属合金化,过渡金属与铂之间所产生的配位效应与应力效应,可以提高催化剂的活性,自此铂合金催化剂开始进入人们的视野。
铂合金催化剂,在一定程度上提高了铂的利用率,但是仍有大量铂埋藏于体相之内,造成了铂资源的浪费。暴露于表面的过渡金属元素氧化还原电位低,在高电位下容易溶出,造成催化剂结构崩塌、活性降低。针对于合金结构的缺点,人们又提出了核壳结构,在利用配位效应与应力效应的同时,增加了铂在表面的暴露,减少了过渡金属元素的溶出。目前高质量活性铂合金催化剂的制备依赖于溶剂热法,其制备时间长、规模小、成本高昂,不利于工业化应用。(Gong M,Deng Z,Xiao D,ect.One-Nanometer-Thick Pt 3
Ni BimetallicAlloy Nanowires Advanced Oxygen Reduction Reaction:Integrating MultipleAdvantages into One Catalyst.ACS Catal,2019,9(5):4488~4494)(许申,龚静静,史莹飞.乙二醇法制备质子交换膜燃料电池铂碳催化剂的研究.电池工业,2023,27(2):55-60+73)(Gu J,Zhang G M,Yao R,等.High Oxygen Reduction Activity of Pt-Ni AlloyCatalyst for Proton Exchange Membrane Fuel Cells.Catalysts,2022,12(3):250)
实现思路