负载型催化剂、其制备方法及质子交换膜燃料电池.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115986150A(43)申请公布日2023.04.18(21)申请号202211167823.4(22)申请日2022.09.23(71)申请人国家电投集团氢能科技发展有限公司地址102209北京市昌平区北七家镇未来科学城南区英才南一街7号院1号楼(72)发明人吴田田赵维贾茵柴茂荣(74)专利代理机构北京康信知识产权代理有限责任公司11240专利代理师张美月(51)Int.Cl.H01M4/92(2006.01)H01M8/10(2016.01)权利要求书2页说明书15页附图4页(54)发明名称负载型催化剂、其制备方法及质子交换膜燃料电池(57)摘要本发明提供了一种负载型催化剂、其制备方法及质子交换膜燃料电池。该负载型催化剂包括镍铂活性成分和载体，且镍铂活性成分负载于载体的表面；由内到外，镍铂活性成分包括内核和壳层；内核为镍单质或镍合金，镍合金包括镍元素和非镍金属元素，壳层为铂原子层，壳层包覆在内核的表面；内核的晶型结构为密排六方结构。本申请提供的上述特定结构的负载型催化剂具有稳定的化学结构和较高的氧还原反应(ORR)活性，还能够节约燃料电池的成本。将其应用于质子交换膜燃料电池中能够提高质子交换膜燃料电池中阴极氧还原反应的电催化活性，提高质子交换膜燃料电池的电化学性能。CN115986150ACN115986150A权利要求书1/2页1.一种负载型催化剂，其特征在于，所述负载型催化剂包括镍铂活性成分和载体，且所述镍铂活性成分负载于所述载体的表面；由内到外，所述镍铂活性成分包括内核和壳层；所述内核为镍单质或镍合金，所述镍合金包括镍元素和非镍金属元素，所述壳层为铂原子层，所述壳层包覆在所述内核的表面；所述内核的晶型结构为密排六方结构。2.根据权利要求1所述的负载型催化剂，其特征在于，所述内核与所述壳层的摩尔比为(2～10):1；优选地，所述核与所述壳层的摩尔比为(2～6):1。3.根据权利要求1或2所述的负载型催化剂，其特征在于，以占所述负载型催化剂的总重量计，所述镍铂活性成分的负载量为30～60wt％。4.根据权利要求1至3中任一项所述的负载型催化剂，其特征在于，所述镍元素与所述非镍金属元素的摩尔比≥10:1，优选为(10～20):1；优选地，所述非镍金属元素选自第IIA族、第IIIA族、第IVA族、第VA族、第VIII族、第IB族、第IIIB族、第IVB族和第VB族中的元素组成的组中的一种或多种；更优选地，所述非镍金属元素选自Sr、Ga、Sn、Bi、Fe、Co、Cu、Au、Sc、La、Ce、Sm、Ti、Zr、V、Mo和W组成的组中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的负载型催化剂，其特征在于，所述镍铂活性成分的平均粒径为5～30nm；优选地，所述镍铂活性成分的平均粒径为5～20nm。6.根据权利要求4或5所述的负载型催化剂，其特征在于，所述铂原子层的层数为1～6层，优选为2～4层。7.根据权利要求4至6中任一项所述的负载型催化剂，其特征在于，所述载体为碳载体和/或金属氧化物载体；所述碳载体选自活性炭、碳黑、石墨、石墨烯和乙炔黑组成的组中的一种或多种；所述金属氧化物载体选自掺杂型SnO2、TiO2、Ti4O7、CeO2、NbO、NbO2、Nb2O3、Nb2O5和WO3组成的组中的一种或多种；优选地，所述掺杂型SnO2包括掺杂元素，所述掺杂元素选自Sb、Nb、In和W组成的组中的一种或多种。8.一种权利要求1至7中任一项所述的负载型催化剂的制备方法，其特征在于，所述负载型催化剂的制备方法包括：在第一惰性气氛条件下，将镍盐、有机溶剂、第一烷基胺、烷基膦化物及可选的非镍金属盐混合并进行阶段升温处理，得到镍基活性成分溶液，所述非镍金属盐中的非镍金属元素为能够与镍元素形成合金的元素种类；所述有机溶剂选自十八烯、苯醚和卞醚组成的组中的一种或多种；在第二惰性气氛条件下，将铂盐、还原剂以及第二烷基胺混合并进行第一加热处理，得到铂前驱体溶液；在第三惰性气氛条件下，将所述铂前驱体溶液与所述镍基活性成分溶液混合并进行第二加热处理，得到镍铂活性成分；将所述镍铂活性成分负载于载体表面，得到所述负载型催化剂。9.根据权利要求8所述的负载型催化剂的制备方法，其特征在于，所述镍盐选自乙酰丙2CN115986150A权利要求书2/2页酮镍、硫酸镍、乙酸镍、氯化镍和乙酸镍组成的组中的一种或多种；所述铂盐选自氯铂酸、氯铂酸钾、氯亚铂酸钾、乙酰丙酮铂和硝酸铂组成的组中的一种或多种。10.根据权利要求8或9所述的负载型催化剂的制备方法，其特征在于，所述阶段升温处理包括第一升温处理和第二升温处理；所述第一升温处理包括：将反应体系升温至80～100℃后进行抽真空处理，并保持5～60min；所述第二升温处理包