一種非鉑核-殼結構燃料電池催化劑及其制備方法，涉及一種燃料電池催化劑。催化劑載體為活性碳，活性組分為Fe@Pd，活性組分Fe@Pd的納米晶鐵與鈀的摩爾比為5∶1，活性組分Fe@Pd占非鉑核-殼結構燃料電池催化劑總質量的40%～50%。將活性炭溶解于水中，超聲后通入保護氣，再加入還原劑，然后加入鐵鹽水溶液，反應后加入鈀鹽水溶液進行置換反應；反應后過濾，洗滌，干燥，即得產物。催化劑的電催化活性是傳統碳負載鈀納米晶Pd/C催化劑的10.63倍,是商業Pt/C催化劑的23.05倍。成本低、制備方法簡單易行，催化劑的顆粒尺寸容易控制，適于進行大批量工業化生產。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種燃料電池催化劑，尤其是涉及一種非鉬核-殼結構燃料電池催化劑及其制備方法。
技術介紹
能源的生產與消費關系到全球的氣候變化。目前，80%的能源消耗依靠化石燃料一煤和石油。然而，傳統的能源消耗存在如下弊端煤和石油是不可再生資源，會很快被用盡；由于傳統熱機實現能量轉化受到卡諾循環的限制，燃燒相對于能源的利用率很低；大量化石燃料的燃燒所產生的大量二氧化碳以及C0X、NOx等污染物，造成溫室效應以及酸雨等嚴重的環境問題。傳統的能源結構和低利用率無法滿足未來社會可持續發展對高效、清潔、經濟、安全能源的需求。 低溫燃料電池具有清潔、高效、安全、可移動、操作條件溫和以及未來產業化具有發展潛力等優點備受世界各國的重視。成本高是目前困擾燃料電池商業化的最主要問題，其中催化劑的成本占很大的比重。設計和構筑核殼結構是最有希望大幅度替代目前用量巨大的貴金屬催化劑的選擇。核殼結構納米粒子具有特殊的電子結構及表面性質，通過核金屬與殼金屬之間電子結構的互動調變，使新的粒子屬性產生質變，表現出獨特的催化性能，因而其在催化等領域的應用日益受到重視。中國專利CN 101664685A公開了一種兩步化學還原法制備了 PdFe@Pt/C核殼結構催化劑，在O. 4V(Ag/AgCl)時PdFeOPt/C催化劑單位鉬質量的氧還原活性電流為126mAHig-1Pt,大約是商業Pt/C催化劑的4倍。Zhou小組(Electrochemistry Communications,2007,9,1725 - 1729)報道了一種連續還原方法制備出的AuOPd/C核-殼結構催化劑，Au核與殼層Pd的相互作用極大地促進了殼層表面的吸附的CO中間產物快速氧化，該催化劑的甲酸催化活性是傳統碳負載鈀納米晶Pd/C的2倍。上述方法制備的核殼型催化劑均不同程度地改善了電極中貴金屬Pt的利用率及催化性能。然而，對于成本、核組成、晶粒大小和微觀結構缺乏更精確的控制，特別是在保持原有催化性能的同時進一步大幅降低貴金屬Pt或者用其它比Pt便宜的貴金屬來代替Pt的使用量存在技術缺陷。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種非鉬核-殼結構燃料電池催化劑及其制備方法。所述一種非鉬核-殼結構燃料電池催化劑，其載體為活性碳，活性組分為Fe@Pd，所述活性組分FeOPd的納米晶鐵與鈕的摩爾比為5 I,活性組分FeOPd占非鉬核-殼結構燃料電池催化劑總質量的40% 50%。所述一種非鉬核-殼結構燃料電池催化劑的制備方法的具體步驟如下首先，將活性炭溶解于超純水中，超聲后通入保護氣，再加入還原劑，然后加入鐵鹽水溶液，反應后加入鈕鹽水溶液進行置換反應；反應結束后，過濾，洗漆，干燥，即得以納米晶鐵Fe為核，薄層納米晶鈀Pd為殼的非鉬核-殼結構燃料電池催化劑FeOPd/C。所述活性炭、超純水、鐵鹽水溶液、鈀鹽水溶液的配比可為(10 15)mg (6 10)mL (2 3)mL (O. 58 O. 68)mL，其中活性炭以質量計算，超純水、鐵鹽水溶液和鈀鹽水溶液以體積計算；所述鐵鹽可采用氯化亞鐵、硫酸亞鐵等中的一種；所述鈀鹽可采用氯化鈀、氯鈀酸等中的一種；所述超聲的時間可為30 60min ;所述鐵鹽水溶液的濃度可為O. 09M ;所述鈀鹽水溶液的濃度可為lg/100mL ;所述保護氣可采用氬氣或氮氣等；所述還原劑可選自硼氫化鈉或乙二醇等；所述洗滌可采用超純水洗滌3 5次；所述干燥可于50 70°C真空下干燥2 4h。還原后的納米晶IE覆蓋在碳負載鐵納米晶的表面，形成以以納米晶鐵Fe為核，薄層納米晶鈀Pd為殼的核-殼結構催化劑。本專利技術提供的一種非鉬核-殼催化劑及其制備方法，具有以下優點 I)本專利技術的核殼結構FeOPd/C催化劑的電催化活性是傳統碳負載鈀納米晶Pd/C催化劑的10. 63倍，是商業Pt/C催化劑的23. 05倍。2 )本專利技術的燃料電池催化劑Pd@Pt/C的成本低。3)本專利技術燃料電池催化劑的制備方法簡單易行，催化劑的顆粒尺寸容易控制，適于進行大批量工業化生產。附圖說明圖I為本專利技術實施例所制備的Pd/C催化劑的TEM照片。在圖I中，標尺為50nm。圖2為本專利技術實施例所制備的Fe@Pd/C(摩爾比Fe Pd=5 I)催化劑的TEM照片。在圖2中，標尺為50nm。圖3為本專利技術實施例所制備的商業J-M公司Pt/C、Pd/C和Fe@Pd/C (摩爾比Fe Pd=5 I)催化劑的XRD圖譜。在圖3中，橫坐標為衍射角2Theta/degree，縱坐標為衍射強度 Intensity/a. u.;曲線 a 為 Fe@Pd/C(Fe Pd=5 I)，曲線 b 為 Pd/C，曲線 c 為Pt/c (J-M)。圖4為本專利技術實施例所制備的催化劑商業J-M公司Pt/C、Pd/C和Pd@Pt/C (摩爾比Fe Pd=5 I)在O. Imol · I^HCICM+O. 5mol · PHCOOH溶液中的循環伏安曲線。在圖4中，掃描速度為50mV · s-1，25。。;橫坐標為電位Potential (V vs SCE)，縱坐標為電流Current/mAmg-1 ;曲線 a, c 為 Pt/c (J-M),曲線 b 為 Pd/C,曲線 d, e 為 Fe@Pd/c (5 : I)。具體實施例方式實施例I :首先，將IOmg活性炭溶解于6mL的乙醇溶液中，超聲30min,然后通入保護氣氬氣，攪拌。30min后加入9. 8mg還原劑硼氫化鈉，再逐滴加入I. 67mL (lg/1OOmL)氯化鈀溶液，繼續攪拌15min。反應結束后，過濾，并用超純水洗滌4次，于70°C真空下干燥2h,即得到碳負載鈀納米晶Pd/C。實施例2 :首先，將15mg活性炭溶解于8mL的超純水中，超聲40min，然后通入保護氣氬氣，攪拌。50min后加入IOmg還原劑硼氫化鈉，再逐滴加入2mL氯化亞鐵水溶液(0. 09M),反應15min后逐滴加入0. 64mL氯化鈀水溶液(lg/100mL)進行置換反應，繼續攪拌20min。反應結束后，過濾，并用超純水洗滌4次，于60°C真空下干燥3h，即得到以納米晶鐵Fe為核，薄層納米晶鈀Pd為殼的非鉬核-殼催化劑FeOPd/C。實施例3 :首先，將12mg活性炭溶解于7mL的超純水中，超聲45min，然后通入保護氣氮氣，攪拌。50min后加入Ilmg還原劑硼氫化鈉，再逐滴加入2mL硫酸亞鐵水溶液(O. 09M),反應15min后逐滴加入O. 6mL氯化鈀水溶液(lg/100mL)進行置換反應，繼續攪拌20min。反應結束后，過濾，并用超純水洗滌5次，于50°C真空下干燥3h，即得到以納米晶鐵Fe為核，薄層納米晶鈀Pd為殼的非鉬核-殼催化劑FeOPd/C。實施例4 :首先，將13mg活性炭溶解于9mL超純水中，超聲50min，然后通入保護氣氮氣，攪拌。50min后加入14mg還原劑硼氫化鈉，再逐滴加入2mL硫酸亞鐵水溶液(O. 09M),反應17min后逐滴加入O. 68mL氯化鈀水溶液進行置換反應，繼續攪拌20min。反應結束后，過濾，并用超純水洗滌4次，于50°C真空下干燥4h，即得到以納米晶鐵Fe為核，薄層納米晶鈀Pd為殼的非鉬核-殼催化劑FeOPd/C。實施例5 :首先，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種非鉑核？殼結構燃料電池催化劑，其特征在于其載體為活性碳，活性組分為Fe@Pd，所述活性組分Fe@Pd的納米晶鐵與鈀的摩爾比為5:1，活性組分Fe@Pd占非鉑核？殼結構燃料電池催化劑總質量的40%～50%。
【技術特征摘要】
1.一種非鉬核-殼結構燃料電池催化劑，其特征在于其載體為活性碳，活性組分為Fe@Pd，所述活性組分FeOPd的納米晶鐵與鈀的摩爾比為5:1，活性組分FeOPd占非鉬核-殼結構燃料電池催化劑總質量的40% 50%。2.如權利要求I所述一種非鉬核-殼結構燃料電池催化劑的制備方法，其特征在于其具體步驟如下 首先，將活性炭溶解于超純水中，超聲后通入保護氣，再加入還原劑，然后加入鐵鹽水溶液，反應后加入鈕鹽水溶液進行置換反應；反應結束后，過濾，洗漆，干燥，即得以納米晶鐵Fe為核，薄層納米晶鈀Pd為殼的非鉬核-殼結構燃料電池催化劑FeOPd/C。3.如權利要求2所述的一種非鉬核-殼結構燃料電池催化劑的制備方法，其特征在于所述活性炭、超純水、鐵鹽水溶液、鈀鹽水溶液的配比為(10 15)mg :(6 10)mL : (2 3)mL (O. 58 O. 68)mL，其中活性炭以質量計算，超純水、鐵鹽水溶液和鈀鹽水溶液以體積計算。4.如權利要求2...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳秉輝，廖夢垠，陳國欽，李云華，尤桂榮，鄭進保，
申請(專利權)人：廈門大學，
類型：發明
國別省市：
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