【CN109921044A】燃料电池阳极催化剂及其制备方法和质子交换膜燃料电池【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910221487.9
(22)申请日 2019.03.22
(71)申请人 南方科技大学
地址 518055 广东省深圳市南山区西丽学
苑大道1088号
(72)发明人 邓成龙　冯其　李怡娴　赵志亮　
张震　李辉　王海江　
(74)专利代理机构 深圳中一专利商标事务所
44237
代理人 杜冠甫
(51)Int.Cl.
H01M 4/90(2006.01)
H01M 4/92(2006.01)
B82Y 30/00(2011.01)
(54)发明名称
燃料电池阳极催化剂及其制备方法和质子
交换膜燃料电池
(57)摘要
本发明涉及燃料电池催化剂技术领域，具体
提供一种燃料电池阳极催化剂及其制备方法和
质子交换膜燃料电池。

所述燃料电池阳极催化剂
为碳化钼@空心碳球、铂&碳化钼@空心碳球中的
至少一种；其中，碳化钼@空心碳球表示空心碳球
表面负载有碳化钼纳米颗粒；铂&碳化钼@空心碳
球表示空心碳球表面同时负载有碳化钼纳米颗
粒和铂纳米颗粒。

本发明的阳极催化剂，在降低
铂的负载量的同时，还提高其催化活性、耐一氧
化碳中毒特性以及催化稳定性，有利于促进质子
交换膜燃料电池的大规模商业化应用。

权利要求书1页 说明书9页 附图6页CN 109921044 A 2019.06.21
C N 109921044
A
权　利　要　求　书1/1页CN 109921044 A
1.一种燃料电池阳极催化剂，其特征在于，所述燃料电池阳极催化剂为碳化钼@空心碳球、铂&碳化钼@空心碳球中的至少一种；
其中，碳化钼@空心碳球表示空心碳球表面负载有碳化钼纳米颗粒；
铂&碳化钼@空心碳球表示空心碳球表面同时负载有碳化钼纳米颗粒和铂纳米颗粒。

2.如权利要求1所述的燃料电池阳极催化剂，其特征在于，所述碳化钼@空心碳球中碳化钼纳米颗粒的负载量为10wt％～30wt％；
所述铂&碳化钼@空心碳球中，铂纳米颗粒的负载量为1.0wt％～5.0wt％，碳化钼纳米颗粒的负载量为10wt％～30wt％。

3.如权利要求1或2所述的燃料电池阳极催化剂，其特征在于，所述燃料电池阳极催化剂的比表面积≥760m2/g。

4.如权利要求1或2所述的燃料电池阳极催化剂，其特征在于，所述空心碳球的粒径为(100～300)nm，厚度为(10～50)nm；所述碳化钼纳米颗粒的粒径为(1～5)nm；所述铂纳米颗粒的粒径为(2～5)nm。

5.一种燃料电池阳极催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将氨水溶于乙醇和去离子水的混合溶剂中，得到碱性混合溶剂；
将硅酸乙酯加入所述碱性混合溶剂中，得到混合溶液；
向所述混合溶液中加入盐酸多巴胺，混匀后加入四水合钼酸铵，恒温蒸干，得到前躯体材料；
对所述前躯体材料进行热处理，自然冷却至室温后通入氧气进行钝化处理；钝化处理结束采用氢氟酸进行浸渍处理，得到碳化钼@空心碳球；
采用浸渍法对所述碳化钼@空心碳球进行铂的浸渍负载处理，得到铂&碳化钼@空心碳球。

6.如权利要求5所述的燃料电池阳极催化剂的制备方法，其特征在于，按照体积比，所述硅酸乙酯：氨水：乙醇：去离子水＝(3～5)：(3～5)：(90～110)：(310～330)；
按照质量比，所述硅酸乙酯与盐酸多巴胺、四水合钼酸铵的投料比例为(12～25)：(5～10)：(5～10)。

7.如权利要求5所述的燃料电池阳极催化剂的制备方法，其特征在于，所述盐酸多巴胺加入过程中，控制每(2～3)分钟内的加入量为(500～1000)mg；所述四水合钼酸铵加入过程中，控制每(2～3)分钟内的加入量为(500～1000)mg。

8.如权利要求5所述的燃料电池阳极催化剂的制备方法，其特征在于，所述热处理的条件为：H2/Ar气氛，按照升温速率为(2～10)℃/min，升温至(750～850)℃，保温时间为(2～3)h。

9.如权利要求5所述的燃料电池阳极催化剂的制备方法，其特征在于，所述铂的浸渍负载处理为将碳化钼@空心碳球浸渍于氯铂酸溶液中超声处理，经干燥后在H2/Ar气氛中按照(3～6)℃/min的升温速率升温至(200～400)℃恒温(2～3)h；
所述碳化钼@空心碳球和氯铂酸的投料质量比为(20～40)：(1～4)。

10.一种质子交换膜燃料电池，包括阳极，其特征在于，所述阳极上含有阳极催化剂，所述阳极催化剂选自权利要求1～4任一项所述的燃料电池阳极催化剂；或者所述阳极催化剂由权利要求5～9任一项的燃料电池阳极催化剂的制备方法制备得到。

2。