【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于聚合物電解質膜燃料電池領域，尤其涉及一種高溫聚合物電解質膜燃料電池催化劑的制備方法。
技術介紹
1、聚合物電解質膜燃料電池(pemfc)作為一種高效、清潔的能源轉換裝置，將在未來的能源系統中發揮重要作用。pemfc采用全氟磺酸(pfsa)基膜，工作溫度為80℃，但其工作條件苛刻，如高純度氫要求和復雜的水/熱管理系統限制了其應用。高溫聚合物電解質膜燃料電池(ht-pemfcs)工作在100℃以上，提高工作溫度可以簡化管理系統，提高電極上的催化動力學，可以直接使用合成氣作為燃料。然而，ht-pemfcs仍需要一定量的pt催化劑來抗磷酸中毒，以維持燃料電池的穩定性和功率輸出。
2、ru具有略高于pt的h*吸附能和oh*結合能，且成本相對較低，僅為pt的6-36％，是替代pt催化劑的理想選擇。ru的典型活性比pt低2～3個數量級，其在酸性條件下作為hor催化劑仍面臨諸多挑戰。首先，ru-h鍵強度比pt-h鍵強，強的ru-h結合能不利于hor反應的進行；其次，ru的親氧性使其更容易吸引電解質中的oh*離子，oh*離子會占據ru表面活性位點，阻礙hor過程中h*的最終解吸過程，減緩hor/her中h*和oh*的重組。此外，在氧化電位下，強的ru-oh結合使催化劑更容易被氧化甚至溶解，電催化劑會迅速失活。
3、研究者們采用濕法浸漬法制備了10種雙金屬10wt％pd–m/c雙金屬催化劑，其中，m為ag、co、cu、fe、ru或者zn；兩種金屬的電子相互作用使d帶中心移位，隨后改變了氫在pd位點上的結合強度，
4、也有研究者將磷化鐵引入鉑基催化劑以提高氫氧化反應(hor)的活性，該催化劑顯示出與johnson?matthey公司的40％?pt/c商業催化劑相似的hor性能，使用pt/fep/c催化劑作為陽極的ht-pemfcs峰值功率密度達到465mw?cm-2，陽極載量為0.125mg?pt?cm-2，并保持長期穩定。優異的hor活性和更好的燃料電池性能歸因于磷化鐵對氫中間體和濃磷酸鹽物質的吸收減弱，導致hor活性增強和燃料電池性能更好。但該催化劑依然采用pt作為hor反應的活性中心，且高溫環境下，磷化物的穩定性較差。
5、公開號為cn111939908a的專利文獻中公開了一種將酸洗的碳載體、鉬源和釕源分散于溶劑中，然后經干燥處理和煅燒處理，使所得鉬釕合金催化劑具有ru含量低且催化活性高的優點。鉬釕黑金催化劑用于電解水制氫時，具有生成氫氣和氧氣效率高、經濟成本低的優點。但目前制備的鉬釕黑金催化劑通常需要進行高溫煅燒，耗能較高，且該催化劑對高溫質子交換膜燃料電池的性能改善并不好。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是，克服以上
技術介紹
中提到的不足和缺陷，提供一種高溫聚合物電解質膜燃料電池催化劑的制備方法。
2、一種高溫聚合物電解質膜燃料電池催化劑的制備方法，包括以下步驟：
3、(1)將經過親水處理的碳材料分散于乙二醇中；
4、(2)向步驟(1)后的溶液中加入ru源和m源，形成混合溶液，所述m源為mo源、ni源、cu源、fe源、co源、in源、se源中的一種或幾種；
5、(3)將步驟(2)后的混合溶液在氮氣保護下進行油浴加熱回流；
6、(4)將步驟(3)加熱回流得到的反應產物洗滌、干燥，在氬氣保護下進行熱處理，得到所述高溫聚合物電解質膜燃料電池催化劑。
7、上述的制備方法，優選的，步驟(1)中，所述親水處理是指將碳材料在350-450℃下煅燒4-12h，然后冷卻至室溫，破碎，再將破碎后的碳材料在350-450℃下繼續煅燒4-12h。
8、上述的制備方法，優選的，所述碳材料為xc-72、碳納米管、活性炭中的任一種；
9、所述ru源為氯化釕、硝酸釕、乙酰丙酮釕、六氯釕酸銨、氯化三(2,2′-聯吡啶)釕(ⅱ)中的至少一種；
10、所述mo源為鉬酸銨、四水合鉬酸銨、二水合鉬酸銨、乙酰丙酮鉬、鉬酸中的至少一種；
11、所述ni源為氯化鎳、硝酸鎳、硫酸鎳中的至少一種；
12、所述cu源為氯化銅、硝酸銅、硫酸銅、乙酸銅中的至少一種；
13、所述fe源為硫酸鐵、氯化鐵、硝酸鐵、乙酸鐵、檸檬酸鐵中的至少一種；
14、所述co源為氯化鈷、硫酸鈷、硝酸鈷中的至少一種；
15、所述in源為硝酸銦或/和氯化銦；
16、所述se源為硒酸銨。
17、上述的制備方法，優選的，步驟(2)中，混合溶液中的ru和m的摩爾比為3:(0.25～1)。
18、上述的制備方法，優選的，步驟(3)中，加熱回流的工藝條件包括：加熱回流進行攪拌，攪拌的速率為600-900r?min-1，加熱回流的溫度為160℃-180℃，加熱回流的時間為3-12h。
19、上述的制備方法，優選的，步驟(4)中，所述熱處理的溫度為200-300℃，熱處理時間為1-3h。
20、上述的制備方法，優選的，步驟(4)中，所述高溫聚合物電解質膜燃料電池催化劑中，rum以1-5nm的納米晶形式均勻分布于碳載體上。m以原子的形式嵌入釕納米晶格中，部分m以氧化物的形式均勻分布于碳載體上，增強釕m的穩定性。
21、進一步優選的，rum以1-4nm的形式均勻分布于碳載體上。電催化反應發生在催化劑表層，小尺寸的釕納米顆粒具有更高的表面釕利用率，更有利于表面氫氧化反應的發生，釕金屬利用率可大幅度提升，更有實際商用價值。
22、上述的制備方法，優選的，所述高溫聚合物電解質膜燃料電池催化劑的負載量為5-60wt％，其中，催化劑的負載量指的是釕占催化劑質量的百分比。
23、m元素的引入引起了電子密度的重新分布，從而控制了與中間物質(h*/oh*)鍵的強度，提高了釕基催化劑的hor性能和穩定性；此外，m元素的加入降低了rum/c的還原溫度，結合ht-pemfcs中工況環境實現了ht-pemfc工作條件下的自還原，大大提高了rum/c的穩定性；這些因素提升了該催化劑在低溫下的催化性能和穩定性，特別是在低溫(120℃)下hor性能，并且該催化劑在作為高溫質子交換膜燃料電池陽極催化劑時具有較好抗一氧化碳毒化性能，減弱陽極磷酸毒化能力。
24、進一步地，m的引入還降低了磷酸根離子在釕表面的吸附，減弱了了陽極磷酸毒化，增強了釕的氫氧化性能。
25、與現有技術相比，本專利技術的優點在于：
26、(1)本專利技術制備催化劑的過程中，對碳材料進行氧化處理，增加其表面羥基數量，增強碳材料在醇中的溶解性及對金屬鹽元素的吸附；同時對加熱回流的反應產物進行ar氣氛下的熱處理，熱本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高溫聚合物電解質膜燃料電池催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述親水處理是指將碳材料在350-450℃下煅燒4-12h，然后冷卻至室溫，破碎，再將破碎后的碳材料在350-450℃溫度下繼續煅燒4-12h。
3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述碳材料為XC-72、碳納米管、活性炭中的任一種；
4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，混合溶液中的Ru和M的摩爾比為3:(0.25-1)。
5.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，加熱回流的工藝條件包括：加熱回流進行攪拌，攪拌的速率為600-900r?min-1，加熱回流的溫度為160℃-180℃，加熱回流的時間為3-12h。
6.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述熱處理的溫度為200-300℃，熱處理時間為1-3h。
7.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述高溫聚合物電解質膜燃料電池催化劑中，Ru
8.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述高溫聚合物電解質膜燃料電池催化劑的負載量為5-60wt％。
...【技術特征摘要】
1.一種高溫聚合物電解質膜燃料電池催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述親水處理是指將碳材料在350-450℃下煅燒4-12h，然后冷卻至室溫，破碎，再將破碎后的碳材料在350-450℃溫度下繼續煅燒4-12h。
3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述碳材料為xc-72、碳納米管、活性炭中的任一種；
4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，混合溶液中的ru和m的摩爾比為3:(0.25-1)。
5.如權利要求1所述的制備方法，其特征...
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