一種過渡金屬簇硫族化合物燃料電池用陰極催化劑，其特征在于：以過渡金屬簇硫族化合物為活性組分， 其通式為Ｉｒ↓［ｘ］Ｘ↓［ｙ］，其中，Ｘ＝Ｓ或Ｔｅ，ｘ與ｙ的比為９５∶５～２０∶８０； 或其通式為Ｉｒ↓［ｘ］Ｎ↓［１－ｘ］Ｘ↓［ｙ］，其中，Ｎ＝Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂ或Ｖ；Ｘ＝Ｓ、Ｓｅ或Ｔｅ，０．０５≤ｘ≤０．９５，１與ｙ的比為９５∶５～１∶１０； 催化劑中過渡金屬簇硫族化合物含量為５～８０％，余量為碳載體。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及燃料電池用陰極催化劑，具體地說涉及一種碳載的過渡金屬 簇硫族化合物燃料電池用陰極催化劑及其制備方法。技術(shù)背景燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它按電化學(xué)原理等溫地把貯存在燃料和 氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。代表性的燃料電池包括質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)和直接甲醇燃料 電池(DMFC)。質(zhì)子交換膜燃料電池以氫氣作為燃料氣，需要燃料重整獲得。 同時，氫氣在存儲和運(yùn)輸上存在很大的問題。但是，質(zhì)子交換膜燃料電池 具有能量轉(zhuǎn)化效率高，環(huán)境友好，啟動快，比功率和比能量高等特點(diǎn)。PEMFC 不僅適合用于分散電站，也適宜用作移動電源。直接甲醇燃料電池以液態(tài) 的甲醇為燃料，雖具有比質(zhì)子交換膜燃料電池低的能量密度，但是它的優(yōu) 點(diǎn)在于液體燃料容易處理，存儲和運(yùn)輸方便，無需另外的燃料重整系統(tǒng)。 尤為適于用作小型的電氣設(shè)備的便攜式電源。迄今為止，PEMFC和DMFC陰極最為廣泛使用的催化劑是Pt/C催化劑。 由于Pt的資源匱乏、價格昂貴，導(dǎo)致PEMFC和DMFC的價格不能大幅度降 低，因而成為燃料電池商業(yè)化的一大障礙。同時，對于DMFC，由于甲醇容 易從陽極通過電解質(zhì)隔膜滲透到陰極，在陰極發(fā)生氧化反應(yīng)而形成混合電 位，極大地降低DMFC的性能。因此，制備一種價格低廉的且具有抗甲醇毒 化作用的非鉑催化劑是目前PEMFC和謹(jǐn)FC課題中的研究熱點(diǎn)之一。目前，Ru基過渡金屬簇硫族化合物是研究較多的一類非鉑陰極催化劑， 它們的氧還原活性高，與Pt/C催化劑相比價格低廉，是理想的陰極Pt/C 催化劑的替代物。同時，這類過渡金屬簇硫族化合物具有很好的耐甲醇能 力，是理想的非鉑耐甲醇陰極催化劑。Vante等人(文獻(xiàn)l: N. Alonso Vante， W. Jaegermann, H. Tributsch， W. Honle， K. Yvon， J. Am. Chem. Soc. ， 109 (1987) 3251-3257)報(bào)道， 以高純的過渡金屬單質(zhì)和硫族元素單質(zhì)在高溫(1000 1200°C)條件下發(fā) 生固相反應(yīng)來制備過渡金屬簇硫族化合物。此種方法制備的過渡金屬簇硫 族化合物具有很好的氧還原活性。但是，反應(yīng)條件苛刻，反應(yīng)時間長，且 對反應(yīng)物的純度要求高。Tributsch禾口 Campbell等人(文獻(xiàn)2: H. Tributsch， M. Bron, M. Hilgendorff， H. Schulenburg， I. Dorbandt， V. Eyert， P. Bogdanoff， S. Fiechter, J. Appl. Electrochem. 31 (2001) 739;專利1: S.A. Campbell US 7， 125， 820，B2)報(bào)道，以昂貴的金屬羰基合物和硫族元素單質(zhì)在104 180r有機(jī)溶劑中反應(yīng)來制備過渡金屬簇硫族化合物。此種方法制備的過渡金屬簇硫族化合物為無定形結(jié)構(gòu)，具有很好的氧還原活性。但其以昂貴的羰 基釕為前驅(qū)物制備，成本高且產(chǎn)率低。Hilgendorff等人(文獻(xiàn)3: M. Hilgendorff， P. Bogdanoff， M. Bron， Proceedings of the Fuel cell systems of the world renewable energy congress VII， vol. 26， 2003， p. 227)報(bào)道的浸漬法制備的催化劑平均 粒徑大，粒徑分布寬，活性低。Bonnema皿等人(文獻(xiàn)4: H. Bonnemann， W. Brijoux， R. Brinkmann， E. Dinjus， R. Fretzen， T. JouBen， B. Korall， Angew. Chem. 103 (1991) 1344)報(bào)道的膠體法制備工藝復(fù)雜，重復(fù)性差。目前應(yīng)用于燃料電池的過渡金屬簇硫族化合物催化劑研究最多的是釕 基過渡金屬簇硫族化合物催化劑。而以其它過渡金屬為活性中心的過渡金 屬簇硫族化合物催化劑的研究相對較少。同時，現(xiàn)有的釕基過渡金屬簇硫族化合物催化劑的活性與Pt/C催化劑 相比仍有很大差距，且制備方法復(fù)雜，相對成本高。Lee 等人(文獻(xiàn) 5: K. Lee, L Zhang, J.J. Zhang, A novel methanol—tolerant Ir-Se chalcogenide electrocatalyst for oxygen reduction, J. Power Sources 165 (2007) 108-113)報(bào)道的Ir-Se催化 劑采用文獻(xiàn)2的方法制備，以昂貴的羰基銥為前驅(qū)物制備，成本高且產(chǎn)率 和活性低。因此，開發(fā)一種活性更高且制備工藝簡單、快速的以其它的單一過渡金 屬或兩種過渡金屬為活性中心的過渡金屬簇硫族化合物顯得尤為重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種過渡金屬簇硫族化合物燃料電池陰極催化 劑及其制備。所制備的催化劑具有高的氧還原反應(yīng)活性，與Pt/C催化劑相 比成本低。同時制備工藝流程簡單、周期短，能將催化劑活性組分一次同 時負(fù)載于載體上，可制備高擔(dān)載量的催化劑。催化劑制備過程中使用的溶 劑、還原劑和分散劑安全、無毒，對環(huán)境無污染。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為一種過渡金屬簇硫族化合物燃料電池用陰極催化劑，所述催化劑以過 渡金屬簇硫族化合物為活性組分，其通式為IrxXy，其中，X4或Te， x與y 的比為95: 5 20: 80;或其通式為Ir凡—J"其中，腫e， Co, Ni， Cu， Cr， Mo， W， Ti， Zr， Ta， Nb或V; X=S、 Se或Te， 0.05《x《0.95， l與y的比為95: 5 1: 10;催化劑中過渡金屬簇硫族化合物含量為5 80%，余量為碳載體。所述過渡金屬簇硫族化合物IrA中Ir與X的原子比為95: 5 1: 2。 所述過渡金屬簇硫族化合物IrJVJy中0. 15〈x〈0. 85， 1與y的原子比為95: 5 1: 5。所述過渡金屬簇硫族化合物催化劑中，過渡金屬簇硫族化合物含量為10 60%，余量為碳載體。所述碳載的過渡金屬簇硫族化合物催化劑IrxXy/C或IrxNhXy/C可按如 下過程制備，但并不僅限于此種制備方法，(1) 按所需比例將Ir和X的可溶性前驅(qū)物或Ir、 X的可溶性前驅(qū)物和 N的羰基合物溶解于體積比為95/5-80/20的乙二醇和水的混合物中，超聲 混合均勻；加入堿液調(diào)溶液的pH值至9 14，得到溶液A;(2) 將碳載體和乙二醇按20 500ml乙二醇/lg載體的比例，超聲混 合均勻，得到漿料B;(3) 將溶液A用微波連續(xù)或間歇加熱1 30分鐘，得到溶液C;所述 微波頻段是1 3GHz，微波系統(tǒng)的輸出功率是500W 1500W;(4) 按目的催化劑中活性組分與碳載體的比例，將漿料B與溶液C混 合，冷卻至室溫；對于制備IrxXy/C，然后加入鹽酸、草酸、醋酸或硝酸調(diào) pH值至0.5 6，得到漿料D;對于制備IrUy/C，然后向漿料B與溶液C 的混合液中鼓C02氣體至體系的pH值恒定，繼續(xù)鼓入C02氣體2-3小時，得 到漿料D;(5) 將漿料D離心洗滌，60-120度真空干燥4-12小時，得本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種過渡金屬簇硫族化合物燃料電池用陰極催化劑，其特征在于：以過渡金屬簇硫族化合物為活性組分， 其通式為Ｉｒ↓［ｘ］Ｘ↓［ｙ］，其中，Ｘ＝Ｓ或Ｔｅ，ｘ與ｙ的比為９５∶５～２０∶８０； 或其通式為Ｉｒ↓［ｘ］Ｎ↓［１－ｘ］Ｘ↓［ｙ］，其中，Ｎ＝Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂ或Ｖ；Ｘ＝Ｓ、Ｓｅ或Ｔｅ，０．０５≤ｘ≤０．９５，１與ｙ的比為９５∶５～１∶１０； 催化劑中過渡金屬簇硫族化合物含量為５～８０％，余量為碳載體。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張華民，劉剛，鐘和香，馮力中，王曉麗，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，上海汽車工業(yè)集團(tuán)總公司，
類型：發(fā)明
國別省市：91
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