一种可实现百克级量产的中空框架铂基合金材料制备方法技术

本发明专利技术内容属于氢燃料电池膜电极正极材料开发与应用领域，文中提出一种可实现百克级量产的中空框架铂基合金材料制备方法。本发明专利技术采用一步固相绿色合成工艺，历经前驱体预混、高温煅烧、活化处理三个步骤即可得到目标产物。此外，通过优化与调整膜电极材料加工工艺参数(煅烧温度、升温速率、前驱体投料比、煅烧氛围等)，可精确实现对膜电极材料原子组成、富铂层与合金有序化程度以及纳米中空框架结构的调控。最后，本发明专利技术开发的膜电极材料经过旋转圆盘与燃料电池膜电极测试，均表现出优异的电化学性能与稳定性。电化学性能与稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种可实现百克级量产的中空框架铂基合金材料制备方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池膜电极正极材料
，具体为一种可实现百克级量产的中空框架铂基合金材料制备方法。

技术介绍

[0002]在产业定位中，氢能被正式确定为能源、且是能源体系中的重要组成部分，然而在氢能技术推广与大规模商业应用的过程中，遇到的
‘
卡脖子
’
技术攻关难点主要集中在如何制备高性能高稳定性铂基合金纳米材料，即攻克单片膜电极功率密度小、膜电极材料造价成本高、能量密度衰减及电池使用寿命短等问题。经过大量实验数据分析与理论计算，发现前过渡金属M(镍、钴、铁、锌等)可以在高温条件下嵌入到贵金属铂(Pt)的晶格中，通过晶面压缩效应实现对铂原子外层电子结构进行精确调控，其独特的Pt
‑
M电子结构不仅能够大幅抑制反应过程中过氧化氢的生成速度，解决由过氧化氢产生的自由基在催化活性位点铂原子
‘
中毒
’
，而造成的电解质膜性能衰减的问题，同时可以有效降低贵金属铂的使用率，降低下游膜电极的造价使用成本。
[0003]目前我国已实现商业化推广与应用的氢燃料电池核心零部件膜电极正极材料90％以上都是依赖国外进口，因此氢能产业链普遍存在着相关技术知识产权被欧美与日本垄断、下游整车制造成本高等问题,严重影响了我国氢能产业的大规模发展。因此，设计与开发一种具有自主知识产权的可实现百克级量产高性能、高耐酸性的中空框架铂基合金膜电极正极材料尤为重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种可实现百克级量产的中空框架铂基合金材料制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种可实现百克级量产的中空框架铂基合金材料制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一、将铂盐前驱体、过渡金属盐前驱体(镍盐、钴盐、铁盐、锌盐的一种或几种组合)、碳前驱体球磨混合均匀；
[0008]步骤二、将步骤一所得混合物在还原性气氛中高温煅烧；
[0009]步骤三、酸洗活化处理后即可得到负载型铂基合金中空框架材料。
[0010]优选的，所述步骤一中的铂盐前驱体包括氯亚铂酸钾、氯铂酸、二氯(1,10
‑
菲罗啉)铂、乙酰丙酮铂、四氨合氯化铂、商业铂碳(铂负载量≥40％)等铂盐中的一种或多种组合。
[0011]优选的，所述步骤一中的铁盐前驱体包括氯化铁、硝酸铁、乙酸铁、铁氰化钠等铁盐中的一种或多种组合。
[0012]优选的，所述步骤一中的过渡金属盐前驱体包括镍、钴、铁、锌等金属的氯化盐、硝酸盐、乙酸盐、硫酸盐以及其它有机配体形式的阴离子。
[0013]优选的，所述步骤一中的铂前驱体与铁前驱体的进料比例为：步骤一中的碳前驱体包括对苯二甲酸、2
‑
氨基对苯二甲酸、2
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甲基苯并咪唑、苯并咪唑、甲基咪唑、商业碳粉、甲壳素纳米晶须、壳聚糖纳米晶须、纤维素纳米晶须、酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂中的一种或多种组合。
[0014]优选的，所述步骤一中的铂盐前驱体与过渡金属盐前驱体的进料比例为：金属原子比例范围从1：1到1：20。
[0015]优选的，所述步骤二中的还原性气氛包括氢气、氨气、一氧化碳、甲烷、乙烯、硫化氢中的一种或多种组合。
[0016]优选的，所述步骤二中的高温煅烧温度范围为500℃
‑
1500℃。
[0017]优选的，所述步骤二中的高温煅烧升温速度为1℃/min
‑
20℃/min。
[0018]优选的，所述步骤三中的酸洗液体包括盐酸、乙酸、甲酸、硫酸、高氯酸、硝酸、氢氟酸中的一种或多种组合。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]1、该高性能、高耐酸性的铂基合金材料制备方法，所合成的铂基合金形貌为三维中空框架型结构，且均匀负载在原位合成的碳载体上。可根据不同煅烧温度、升温速率、前驱体投料比、煅烧氛围等，实现对膜电极正极材料原子组成及结构的可控调控。此外,该膜电极正极材料在旋转圆盘测试和燃料电池测试中均表现出优异的电化学性能与稳定性。
附图说明
图1为实施例制备的膜电极正极材料铂基合金PtM中空框架结构纳米材料的高分辨透射电镜图；图2为实施例中制备的膜电极正极材料铂基合金PtM中空框架结构纳米材料与商业铂碳TKK(60％铂负载量)的电催化氧还原性能图；图3为实施例制备的膜电极正极材料铂基合金PtM中空框架结构纳米材料与商业铂碳TKK(60％铂负载量)的粉末X射线衍射和X射线光电子能谱图；图4为实施例1制备的膜电极正极材料铂基合金PtM中空框架结构纳米材料与商业铂碳TKK(60％铂负载量)的电化学循环稳定性图；图5为实施例中不同前驱体原子配比(铂过渡金属原子Pt/M)制备的膜电极正极材料铂基合金PtM中空框架结构纳米材料的电催化氧还原性能图；图6为实施例1中不同的煅烧升温速率对膜电极正极材料铂基合金PtM中空框架结构纳米材料的电催化氧还原性能的影响；图7为实施例制备的不同的煅烧温度对膜电极正极材料铂基合金PtM中空框架结构纳米材料的电催化氧还原性能的影响。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]实施例1
[0023]步骤一：将铂盐前驱体氯亚铂酸钾、过渡金属盐前驱体包括镍、钴、铁、锌等金属的氯化盐、硝酸盐、乙酸盐、硫酸盐以及其它有机配体形式的阴离子、碳前驱体2
‑
氨基对苯二甲酸混合球磨均匀；
[0024]步骤二：将步骤一所得混合物在还原性气氛氢气中高温煅烧，高温煅烧温度范围从600℃到1500℃，升温速度范围从1℃/min到20℃/min；
[0025]步骤三：酸洗活化处理后即可得到中空框架铂基合金材料。
[0026]实施例2
[0027]本实施例的制备工艺及参数与实施例1基本相同，不同点在于：步骤一中所用的铂盐为氯亚铂酸钾、氯铂酸、二氯(1,10
‑
菲罗啉)铂、乙酰丙酮铂、四氨合氯化铂、商业铂碳(铂负载量≥40％)其中任意一种或多种组合,最终所得产品与实施例1类似。
[0028]实施例3
[0029]本实施例的制备工艺及参数与实施例1基本相同，不同点在于：步骤一中所用的过渡金属盐前驱体包括镍、钴、铁、锌三种金属的氯化盐、硝酸盐、乙酸盐、硫酸盐以及其它有机配体形式的阴离子其中任意一种或多种组合。最终所得产品与实施例1类似。
[0030]实施例4
[0031]本实施例的制备工艺及参数与实施例1基本相同，不同点在于：步骤一中所用的碳前驱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可实现百克级量产的中空框架铂基合金材料制备方法，其特征在于,包括以下步骤：步骤一、将铂盐前驱体、过渡金属盐前驱体(镍盐、钴盐、铁盐、锌盐的一种或几种组合)、碳前驱体球磨混合均匀；步骤二、将步骤一所得混合物在还原性气氛中高温煅烧；步骤三、酸洗活化处理后即可得到中空框架铂基合金材料。2.根据权利要求1所述的一种可实现百克级量产的中空框架铂基合金材料制备方法，其特征在于：步骤一中的铂盐前驱体包括氯亚铂酸钾、氯铂酸、二氯(1,10
‑
菲罗啉)铂、乙酰丙酮铂、四氨合氯化铂、商业铂碳(铂负载量≥40％)等铂盐中的一种或多种组合。3.根据权利要求1所述的一种可实现百克级量产的中空框架铂基合金材料制备方法，其特征在于：步骤一中的过渡金属盐前驱体包括镍、钴、铁、锌等金属的氯化盐、硝酸盐、乙酸盐、硫酸盐以及其它有机配体形式的阴离子。4.根据权利要求1所述的一种可实现百克级量产的中空框架铂基合金材料制备方法，其特征在于：步骤一中的碳前驱体包括对苯二甲酸、2
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氨基对苯二甲酸、2
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甲基苯并咪唑、苯并咪唑、商业碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖汉，金彦烁，黄尚力，李长笑，倪超，陈鸿展，陈植冰，
申请(专利权)人：肖汉，
类型：发明
国别省市：