【技術實現步驟摘要】
本申請涉及燃料電池電催化，尤其涉及一種ptco基復合催化劑及其制備方法和應用。
技術介紹
1、氫能作為一種新質生產力，已逐漸成為我國能源經濟高質量發展的重要方向。氫燃料電池是一種高效、環保的氫電轉換技術，在加快發展氫能應用技術中發揮重要作用。其中，陰極催化劑作為氫燃料電池的核心部件之一，其研發和優化對于提高燃料電池的性能和降低成本具有重要意義。經過近年來的研究，除常用的pt/c催化劑之外，一些ptco、ptni等合金催化劑已被證明在一定程度上可以提高燃料電池性能并降低成本。但其與o的結合能依然未達到活性火山圖的極限值，性能仍有進一步提升的空間。同時由于非貴金屬不穩定，在燃料電池工況下容易流失，因此合金催化劑的耐久性是急需突破的瓶頸。
2、相關技術中，cn?101176844a提出了一種鉑基復合催化劑用于直接甲醇燃料電池陰極催化劑，其基本結構式為pt-hxwo3，0<x≤1；制備方法是：在一定濃度下的h2so4、h2ptcl6和na2wo4的混合溶膠中恒定一定電位在碳質材料上電沉積得到。該催化劑存在以下缺陷：催化劑的主要活性金屬成分為pt，氧還原反應活性較低；金屬pt與hxwo3作用力較弱，穩定性較差；采用電沉積方式合成，pt顆粒的大小不易控制且量產放大存在困難；在納米碳管、活性炭等碳質材料上電沉積需要使用粘合劑，影響活性且不易制備。cn?101362093?a提出了一種燃料電池碳載鉑復合催化劑及其制備方法，該催化劑在一般碳載鉑催化劑的基礎上添加了助催化成分氫鎢青銅或氫鉬青銅，其制備該催化劑方法是在合適的溫度和酸
技術實現思路
1、為解決鉑鈷合金催化劑耐久性不足、活性有待進一步提升的問題，本申請的一個目的在于提供一種ptco基復合催化劑，該催化劑為負載型催化劑，負載物為鉑鈷基金屬顆粒與非化學計量過渡金屬氧化物hxmo3(m＝w或/和mo)的復合物，載體為介孔碳載體。其中，非化學計量過渡金屬氧化物hxmo3與ptco基金屬顆粒存在接觸界面，一方面可通過修飾鉑鈷表面的電子狀態,與鉑鈷發生協同催化效應,提高鉑鈷的催化活性；另一方面由于hxmo3具有質子嵌脫功能，在氧還原反應中可以提供質子，從而有利于氧在催化劑表面進行還原。此外，部分鉑鈷基金屬顆粒擔載在介孔碳的介孔結構內，這部分顆粒能夠避免磺酸基團的毒化，以獲得高質量活性，同時由于孔內限域作用，將提升催化劑的穩定性。
2、本申請的另一個目的在于提供一種ptco基復合催化劑的制備方法。
3、本申請的又一個目的在于提供一種電極。
4、本申請的又一個目的在于提供一種燃料電池。
5、為實現上述目的，本申請的第一方面提出了一種ptco基復合催化劑，包括載體和負載物，所述載體包括介孔碳，所述負載物包括鉑鈷基金屬顆粒和化學式為hxmo3的化合物，其中m包括w或/和mo，0＜x≤2；所述鉑鈷基金屬顆粒和所述化學式為hxmo3的化合物存在接觸界面；所述鉑鈷基金屬顆粒包括第一部分的所述鉑鈷基金屬顆粒和第二部分的所述鉑鈷基金屬顆粒，所述第一部分的所述鉑鈷基金屬顆粒擔載在所述介孔碳的介孔結構內。
6、在一些實施方式中，所述負載物為鉑鈷基金屬顆粒和化學式為hxmo3的化合物。
7、在一些實施方式中，所述第一部分的所述鉑鈷基金屬顆粒和第二部分的所述鉑鈷基金屬顆粒的質量比為1：(1-3)。
8、在一些實施方式中，所述第二部分的所述鉑鈷基金屬顆粒和至少部分所述化學式為hxmo3的化合物均擔載在所述載體的外表面。
9、在一些實施方式中，所述第二部分的所述鉑鈷基金屬顆粒與所述化學式為hxmo3的化合物均勻分布。
10、在另一些實施方式中，所述化學式為hxmo3的化合物中的一部分擔載在所述載體的外表面，另一部分包覆在至少部分所述第二部分的所述鉑鈷基金屬顆粒的外表面。
11、在又一些實施方式中，所述第二部分的所述鉑鈷基金屬顆粒和全部的所述化學式為hxmo3的化合物均擔載在所述載體的外表面。
12、在又一些實施方式中，至少部分所述化學式為hxmo3的化合物包覆至少部分第一部分的所述鉑鈷基金屬顆粒。
13、在一些實施方式中，所述鉑鈷基金屬顆粒中的鉑與所述載體的質量比為1：(0.6-1.5)。
14、在一些實施方式中，所述鉑鈷基金屬顆粒中，鉑與鈷的摩爾比為1：(0.1-0.8)。
15、在一些實施方式中，所述鉑鈷基金屬顆粒中鉑與所述化學式為hxmo3的化合物的摩爾比為1：(0.01-0.1)。
16、在一些實施方式中，所述鉑鈷基金屬顆粒的平均粒徑為2-6nm。
17、在一些實施方式中，所述化學式為hxmo3的化合物為具有導電性的非化學過渡金屬氧化物。
18、在一些實施方式中，當m包括w時，0＜x≤1。
19、在另一些實施方式中，當m包括mo時，0＜x≤2。
20、優選的，所述化學式為hxmo3的化合物為氫鉬青銅或/和青鎢青銅。
21、在一些實施方式中，所述化學式為hxmo3的化合物是無定形狀多孔物質。
22、在一些實施方式中，所述化學式為hxmo3的化合物的粒徑范圍為0.05-1μm。
23、在一些實施方式中，所述介孔碳的介孔孔徑為2-50nm。
24、在一些實施方式中，所述介孔碳中，孔徑為2-50nm的介孔孔容為總孔容的60％以上。
25、在一些實施方式中，所述介孔碳中，介孔孔徑為2-10nm的介孔孔容為總孔容的40％以上。
26、在一些實施方式中，所述第一部分的所述鉑鈷基金屬顆粒擔載在介孔孔徑為2-10nm的一次孔內。
27、在一些實施方式中，所述鉑鈷基金屬顆粒還包括摻雜金屬，所述摻雜金屬包括cr、la、sm、pb、in、mo、ti、mn、bi、rh、ga、y中的至少一種。
28、優選的，所述摻雜金屬為ga、y、pb、sm中的至少一種。
29、在一些實施方式中，所述鉑鈷基金屬顆粒中，鉑與所述摻雜金屬的摩爾比為1：(0.05-0.5)。
30、本申請的第二方面提出了一種ptco基復合催化劑的制備方法，包括：
31、將碳粉在活性氣體氣氛下進行第一煅燒，得到介孔碳；
32、將金屬鹽與介孔碳在分散劑中進行第一混合，隨后加入第一還原劑進行第一還原反應，之后進行第一干燥和第一煅燒，得到第一混合物；所述金屬鹽包括鉑鹽、鈷鹽，或者所述金屬鹽包括鉑鹽、鈷鹽和摻雜金屬鹽；
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1.一種PtCo基復合催化劑，其特征在于，包括載體和負載物，所述載體包括介孔碳，所述負載物包括鉑鈷基金屬顆粒和化學式為HxMO3的化合物，其中M包括W或/和Mo，0＜x≤2；所述鉑鈷基金屬顆粒和所述化學式為HxMO3的化合物存在接觸界面；所述鉑鈷基金屬顆粒包括第一部分的所述鉑鈷基金屬顆粒和第二部分的所述鉑鈷基金屬顆粒，所述第一部分的所述鉑鈷基金屬顆粒擔載在所述介孔碳的介孔結構內。
2.根據權利要求1所述的PtCo基復合催化劑，其特征在于，所述負載物為鉑鈷基金屬顆粒和化學式為HxMO3的化合物；和/或，
3.根據權利要求1所述的PtCo基復合催化劑，其特征在于，所述第二部分的所述鉑鈷基金屬顆粒和至少部分所述化學式為HxMO3的化合物均擔載在所述載體的外表面。
4.根據權利要求3所述的PtCo基復合催化劑，其特征在于，所述第二部分的所述鉑鈷基金屬顆粒與所述化學式為HxMO3的化合物均勻分布；或者，
5.根據權利要求1所述的PtCo基復合催化劑，其特征在于，所述鉑鈷基金屬顆粒中的鉑與所述載體的質量比為1：(0.6-1.5)；和/或，>
6.根據權利要求1至5任意一項所述的PtCo基復合催化劑，其特征在于，所述鉑鈷基金屬顆粒還包括摻雜金屬，所述摻雜金屬包括Cr、La、Sm、Pb、In、Mo、Ti、Mn、Bi、Rh、Ga、Y中的至少一種；
7.一種如權利要求1至6任意一項所述的PtCo基復合催化劑的制備方法，其特征在于，包括：
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述活性氣體包括二氧化碳、空氣、水蒸氣中的至少一種；和/或，
9.一種電極，其特征在于，包括如權利要求1至5任意一項所述的PtCo基復合催化劑或者如權利要求6-8任意一項所述的制備方法制備的PtCo基復合催化劑。
10.一種燃料電池，包括陽極、陰極和隔膜，其特征在于，所述陰極為如權利要求9所述的電極；
...【技術特征摘要】
1.一種ptco基復合催化劑，其特征在于，包括載體和負載物，所述載體包括介孔碳，所述負載物包括鉑鈷基金屬顆粒和化學式為hxmo3的化合物，其中m包括w或/和mo，0＜x≤2；所述鉑鈷基金屬顆粒和所述化學式為hxmo3的化合物存在接觸界面；所述鉑鈷基金屬顆粒包括第一部分的所述鉑鈷基金屬顆粒和第二部分的所述鉑鈷基金屬顆粒，所述第一部分的所述鉑鈷基金屬顆粒擔載在所述介孔碳的介孔結構內。
2.根據權利要求1所述的ptco基復合催化劑，其特征在于，所述負載物為鉑鈷基金屬顆粒和化學式為hxmo3的化合物；和/或，
3.根據權利要求1所述的ptco基復合催化劑，其特征在于，所述第二部分的所述鉑鈷基金屬顆粒和至少部分所述化學式為hxmo3的化合物均擔載在所述載體的外表面。
4.根據權利要求3所述的ptco基復合催化劑，其特征在于，所述第二部分的所述鉑鈷基金屬顆粒與所述化學式為hxmo3的化合物均勻分布；或者，
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳田田，趙維，張澤鑫，臧小剛，賈茵，柴茂榮，
申請(專利權)人：國家電投集團氫能科技發展有限公司，
類型：發明
國別省市：
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