【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学，具体涉及一种碳载多元金属低铂核壳结构催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、化石能源大量使用造成了严重的环境污染问题，影响了人们的日常生活。减少化石能源的使用，寻找新的清洁能源和能量储存转换装置成为了现在研究的热点问题之一。
2、燃料电池作为能量的储存和转化装置，可以直接将化学能转化为电能，且具有转化效率高、能量密度大、产物无污染等诸多优点。目前，燃料电池催化剂以贵金属铂(pt)使用最为广泛，但金属pt由于其储量低，价格昂贵，同时在燃料电池的高压高酸环境下，稳定下较差，限制了燃料电池商业化的发展。开发低载量，高性能的铂基催化剂是促进燃料电池商业化的关键。
3、在催化剂的开发和制备过程中，用相对价格低廉且储量大的其余过渡金属作为核，在其表面通过化学制备方法负载一层pt壳来合成核壳结构催化剂，能大幅度降低pt的使用量，从而降低催化剂的成本。同时，由于内核金属的晶格常数相对壳层pt较小，会产生压缩应变，使其d带中心下移，降低了氧气吸附的活化能，从而提高催化剂的催化性能。
4、基于这一背景，本申请研究开发一种碳载多元金属低铂核壳结构催化剂及其制备方法。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术的不足，提供一种碳载多元金属低铂核壳结构催化剂及其制备方法和应用，该催化剂具有结构稳定的核壳结构、制备简单、铂载量低、催化活性高和耐久性强等优点。
2、本专利技术的第一方面提供一种碳载多元金属低铂核壳结构催化剂，所述的催化剂包括载
3、所述的催化剂中，以催化剂的总重量计，载体碳的含量为60.0wt.％-80.0wt.％，优选为65.0wt.％-75.0wt.％；
4、铂的含量为5.0wt.％-20.0wt.％，优选为8.0wt.％-15.0wt.％；
5、过渡金属的含量为10.0wt.％-25.0wt.％，优选为15.0wt.％-20.0wt.％；
6、所述活性组分的结构为过渡金属和铂形成的核壳结构，其中，过渡金属或者过渡金属合金为内核，铂为壳层；
7、所述过渡金属或者过渡金属合金中过渡金属选自第ib族、第iib族、和第viii组金属中的至少一种。
8、本专利技术的第二方面提供一种上述催化剂的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
9、(1)在搅拌条件下，将碳粉、去离子水、过渡金属前驱体混合分散，得到第一混合溶液；
10、(2)将所述第一混合溶液干燥、研磨后，在还原气氛下还原得到碳载过渡金属内核或碳载过渡金属合金内核；
11、(3)在搅拌条件下，将所述碳载过渡金属内核或碳载过渡金属合金内核、多元醇、铂盐前驱体混合分散得到第二混合溶液；
12、(4)调节第二混合溶液至弱碱性，搅拌、微波加热得到碳载多元金属低铂核壳结构催化剂；
13、所述过渡金属前驱体中过渡金属选自第ib族、第iib族、和第viii组金属中的至少一种；
14、各组分的用量使得所述的催化剂中，以催化剂的总重量计，载体碳的含量为60.0wt.％-80.0wt.％，优选为65.0wt.％-75.0wt.％；
15、铂的含量为5.0wt.％-20.0wt.％，优选为8.0wt.％-15.0wt.％；
16、过渡金属的含量为10.0wt.％-25.0wt.％，优选为15.0wt.％-20.0wt.％。
17、本专利技术的第三方面提供一种由上述的制备方法制得的碳载多元金属低铂核壳结构催化剂。
18、本专利技术的第四方面提供一种上述的碳载多元金属低铂核壳结构催化剂在燃料电池中的应用。
19、本专利技术的有益效果是：
20、(1)本专利技术提出的碳载多元金属低铂核壳结构催化剂，具有结构稳定的核壳结构，其中，过渡金属或者过渡金属合金为内核，铂为壳层，同时，该催化剂具有制备简单、铂载量低、催化活性高和耐久性强等优点。
21、(2)本专利技术提出的碳载多元金属低铂核壳结构催化剂的制备方法，以去离子水作为溶剂，氢气为还原剂，通过调节反应温度和反应时间，得到了结构稳定的金属内核。
22、(3)本专利技术提出的碳载多元金属低铂核壳结构催化剂的制备方法，采用微波辅助还原法，乙二醇为溶剂，乙二醇与硼氢化钠混合液为还原剂，将铂层还原到了金属内核上，有效制备了一定原子比例和纳米粒径较小的核壳结构催化剂。
23、(4)本专利技术提出的碳载多元金属低铂核壳结构催化剂的制备方法，在反应过程中通过调节微波反应的温度和时间，合成了以pt为壳，过渡金属或者过渡金属合金为内核的核壳结构的碳载多元金属低铂催化剂，制备工艺简单且稳定。
24、(5)本专利技术提出的碳载多元金属低铂核壳结构催化剂的制备方法，采用价格低廉的金属盐作为反应原料，降低了催化剂的合成成本，易于放大制备，同时过程环保，将促进核壳化结构催化剂的进一步发展。
25、本专利技术的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
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1.一种碳载多元金属低铂核壳结构催化剂，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述活性组分的粒径为5～10nm。
3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述载体碳为炭黑、碳纳米管、石墨烯中的至少一种，优选为导电炭黑，更优选为XC-72导电炭黑。
4.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述过渡金属为铁、钴、镍、铜、锌中的至少一种。
5.一种碳载多元金属低铂核壳结构催化剂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳粉为炭黑、碳纳米管、石墨烯中的至少一种，优选为导电炭黑，更优选为XC-72导电炭黑；
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述分散采用超声分散，所述超声分散的温度为20-30℃，时间为1～1.5h；
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述干燥的温度为70-90℃，时间为16～20h；
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，加入碱溶液调节所述第二混合溶液至弱碱性，所述弱碱性为pH7.5-8.5，所述碱溶液优选为氢氧化钠溶液；
11.由权利要求5-10中任意一项所述的制备方法制得的碳载多元金属低铂核壳结构催化剂。
12.权利要求1-4和11中任意一项所述的碳载多元金属低铂核壳结构催化剂在燃料电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种碳载多元金属低铂核壳结构催化剂，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述活性组分的粒径为5～10nm。
3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述载体碳为炭黑、碳纳米管、石墨烯中的至少一种，优选为导电炭黑，更优选为xc-72导电炭黑。
4.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述过渡金属为铁、钴、镍、铜、锌中的至少一种。
5.一种碳载多元金属低铂核壳结构催化剂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳粉为炭黑、碳纳米管、石墨烯中的至少一种，优选为导电炭黑，更优选为xc-72导电炭黑；
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中...
【专利技术属性】
技术研发人员：张立波，计文希，李一枫，张韬毅，张龙贵，陈婧，许宁，曹梦瑜，汪舒扬，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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