專利名稱：一種燃料電池用電催化劑Pt₁Bi₁金屬間化合物的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池用電催化劑P^B^金屬間化合物的制備方法，屬于燃料電池材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域和電催化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，由于其不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)化效率高，且環(huán)境友好而被受到廣泛關(guān)注，其被認(rèn)為是21世紀(jì)首選的高效清潔的發(fā)電方式。 根據(jù)所選用的電解質(zhì)不同，燃料電池可以分為五類(堿性燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池)，其中，質(zhì)子交換膜膜燃料電池由于具有可室溫快速啟動、壽命長、比功率和比能量高等特點(diǎn)而特別適合用作電動汽車及便攜式電子設(shè)備的電源。 目前，質(zhì)子交換膜燃料電池使用的電催化劑主要有Pt/C及PtRu兩種，由于Pt價格昂貴及資源有限，因此欲實現(xiàn)質(zhì)子交換膜燃料電池商業(yè)化，必須進(jìn)一步降低鉑的使用量并提高其催化性能，Pt基合金化是其中一種主要選擇。Pt基合金中的金屬間化合物一類由于具有有序的結(jié)構(gòu)及其他特點(diǎn)而較其他無序的Pt基固溶相合金具有更好的催化選擇性及催化活性和穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種質(zhì)子交換膜燃料電池用電催化劑P^B^金屬間化合物的制備方法。 本發(fā)明提出P^B^金屬間化合物的制備方法，技術(shù)方案分為兩步 1)按鉑與鉍的原子比為1 : 1將含鉍前驅(qū)體和含鉑的前驅(qū)體各0. lmmol及碳粉加
入200mL lmol L—1的鹽酸溶液中，水浴攪拌下通過5molL—1氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至3，然后
加入還原劑，9(TC下反應(yīng)10小時后過濾得到P^B^金屬間化合物前驅(qū)體； 2)將1)過程中制得的前驅(qū)體在還原氣氛下低溫300-60(TC熱處理2_6小時后得
到金屬間化合物P^B^電催化劑。 上述含鉍前驅(qū)體為氯化鉍或硝酸鉍，含鉑前驅(qū)體為氯鉑酸、四氯化鉑，碳粉的質(zhì)量根據(jù)需制備催化劑中鉑的載量來確定，還原劑為次亞磷酸二氫鈉或硼氫化鈉，其加入次亞磷酸二氫鈉與金屬原子總量的摩爾比為100-120或硼氫化鈉與金屬原子總量的摩爾比為50_60，熱處理的還原氣氛為氫氣體積比大于2%的配氣，配氣中的另一組分為惰性氣氛，為氮?dú)饣驓鍤?，?5 % Ar+5 % H2 。 本發(fā)明所制備得到的P^B^金屬間化合物顆粒粒徑為3nm左右，具有很好抗甲醇中毒的氧還原活性及電催化氧化甲酸活性，本方法制備簡單，適合大規(guī)模制備。


圖1為本發(fā)明"二步法"制備燃料電池用電催化劑P^B^金屬間化合物的流程圖；
圖2為實施例1中制得的燃料電池用電催化劑金屬間化合物P^B^的X射線衍射 圖； 圖3為實施例2中制得的燃料電池用電催化劑金屬間化合物P^B^的X射線衍射 圖； 圖4為實施例1制得的燃料電池用電催化劑金屬間化合物P^B^的投射電鏡照 片； 圖5為實施例1制得的燃料電池用催化劑金屬間化合物P^B^在0. 5mol L-l H2S04中的電化學(xué)循環(huán)伏安曲線，其中1為氮?dú)猓?為氧氣。 圖6為本發(fā)明實施例l和實施例2制得的金屬間化合物P^Bii在0. 5mol L—1 H2S04+0.5mol L—1 HC00H中的電化學(xué)循環(huán)伏安曲線，其中1為實施例1的循環(huán)伏安曲線，2為 實施例2的循環(huán)伏安曲線。
具體實施方式

實施例l 合成過程參見圖1 :將51. 8mg氯鉑酸(H2PtCl6 6H20)和48. 5mg硝酸鉍 (Bi(N03) 35H20)加入200mL lmol L—1鹽酸中，待溶解后加入50mg碳粉(Vulcan XC-72)，在 9(TC恒溫水浴攪拌的條件下用5mol L—、aOH調(diào)節(jié)pH至3后加入次亞磷酸鈉3g，反應(yīng)10小 時后抽濾出樣品，干燥后置于具有還原性的混合氣氛(95% Ar+5% H2)中35(TC熱處理3小 時后得碳載金屬間化合物P^B^電催化劑。其X射線衍射照片如圖2所示，投射電子顯微 鏡照片如圖4所示。將所得的碳載金屬間化合物P^B^電催化劑制成工作電極，采用傳統(tǒng) 三電極體系，標(biāo)準(zhǔn)氫電極為參比電極，玻碳片作為輔助電極，進(jìn)行電化學(xué)測試，圖5給出了 其在0. 5mol L-1H2S04中氮?dú)怙柡?圖5中的1)和氧氣飽和(圖5中的2)條件下的循環(huán) 伏安曲線，掃描速度為20mV s—、圖6中1給出了其在0. 5mol L_lH2S04+0. 5MHC00H中的循 環(huán)伏安曲線，掃描速度為50mV s—、
實施例2 合成過程參見圖1 :將51. 8mg氯鉑酸(H2PtCl6 6H20)禾P 48. 5mg硝酸鉍 (Bi(N03) 35H20)加入200mL lmol L—1鹽酸中，待溶解后加入50mg碳粉(Vulcan XC-72)，在 9(TC恒溫水浴攪拌的條件下用5mol L—、aOH調(diào)節(jié)pH至3后加入次亞磷酸鈉3g，反應(yīng)10小 時后抽濾出樣品，干燥后置于具有還原性的混合氣氛(95% Ar+5% H2)中50(TC熱處理3小 時后得碳載金屬間化合物P^B^電催化劑。X射線衍射照片如圖3示。圖6中2給出了在 0. 5mol L—1 H2S04+0. 5MHC00H中的循環(huán)伏安曲線，掃描速度為50mV s—、
實施例3 合成過程參見圖1 :將34. Omg四氯化鉑(PtCl4)和31. 5mg氯化鉍(BiCl3)加入 200mL lmol L—1鹽酸中，待溶解后加入50mg碳粉(VulcanXC-72)，在90。C恒溫水浴攪拌的 條件下用5mol L—、aOH調(diào)節(jié)pH至3后加入硼氫化鈉(NaBH4) 0. 4g，反應(yīng)10小時后抽濾出樣 品，干燥后置于具有還原性的混合氣氛(95% Ar+5% H2)中60(TC熱處理3小時后得碳載金 屬間化合物P^B^電催化劑。
權(quán)利要求
一種質(zhì)子交換膜燃料電池用電催化劑Pt1Bi1金屬間化合物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)按鉑與鉍的原子比為1∶1將含鉍前驅(qū)體和含鉑的前驅(qū)體各0.1mmol及碳粉加入200mL 1mol L-1的鹽酸溶液中，水浴攪拌下通過5mol L-1氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至3，然后加入還原劑，90℃下反應(yīng)10小時后過濾得到Pt1Bi1金屬間化合物前驅(qū)體；2)將1)過程中制得的前驅(qū)體在還原氣氛下低溫300-600℃熱處理2-6小時后得到金屬間化合物Pt1Bi1電催化劑。
2. 按照權(quán)利要求l的制備方法，其特征在于，所述含鉍前驅(qū)體為氯化鉍或硝酸鉍。
3. 按照權(quán)利要求l的制備方法，其特征在于，所述含鉑前驅(qū)體為氯鉑酸、四氯化鉑。
4. 按照權(quán)利要求l的制備方法，其特征在于，所述還原劑為次亞磷酸二氫鈉或硼氫化鈉。
5. 按照權(quán)利要求4的制備方法，其特征在于，次亞磷酸二氫鈉與金屬原子總量的摩爾比為100-120。
6. 按照權(quán)利要求4的制備方法，其特征在于，硼氫化鈉與金屬原子總量的摩爾比為50-60。
7. 按照權(quán)利要求l的制備方法，其特征在于，所述還原氣氛為氫氣體積比大于2%的配氣，配氣中的另一組分為惰性氣氛。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種質(zhì)子交換膜燃料電池用電催化劑Pt1Bi1金屬間化合物的制備方法，分為兩步1)按鉑與鉍的原子比為1∶1將含鉍前驅(qū)體和含鉑的前驅(qū)體各0.1mmol及碳粉加入200ml 1mol L-1的鹽酸溶液中，水浴攪拌下通過5mol L-1氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至3，然后加入還原劑，90℃下反應(yīng)10小時后過濾得到Pt1Bi1金屬間化合物前驅(qū)體；2)將1)過程中制得的前驅(qū)體在還原氣氛下低溫300-600℃熱處理2-6小時后得到金屬間化合物Pt1Bi1電催化劑。本發(fā)明所制備得到的Pt1Bi1金屬間化合物顆粒粒徑為3nm左右，具有很好抗甲醇中毒的氧還原活性及電催化氧化甲酸活性，本方法制備簡單，適合大規(guī)模制備。
文檔編號H01M4/88GK101785999SQ201010108740
公開日2010年7月28日 申請日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者劉淑珍, 夏定國, 張麗娟, 李翔, 陳戈 申請人:北京工業(yè)大學(xué)