CN108808028A - 燃料电池催化剂载体其制备方法及电池电极 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池催化剂载体及其制备方法、燃料电池的电极以及燃料电池催化剂溶液的制备方法。其中，该燃料电池催化剂载体包括二氧化钛金属惨杂物，所述二氧化钛金属掺杂物中包含铌元素。本发明制备得到的燃料电池催化剂载体一方面克服了的二氧化钛或Nb掺杂二氧化钛载体材料在导电性不足的缺点；另一方面，TaNbTiO2材料承载的铂合金催化剂（PtPd/TaNbTiO2）相对于现有常用的催化剂，其在燃料电池电化学测试条件稳定更高。

Description

燃料电池催化剂载体其制备方法及电池电极
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池催化剂载体及其制备方法、燃料电池的电极以及燃料电池催化剂溶液的制备方法。
背景技术
氢质子交换膜燃料电池(PEMFCs,Proton Exchange Membrane Fuel Cell)作为最先进的燃料电池技术，能有效地将氢转换为电能大规模地运用到汽车、分布式发电设备与便携的电子应用领域，已经成为我国能源应用中重要战略之一。然而，氢质子交换膜燃料电池由于其电池中昂贵的铂成本(铂催化剂在电堆中占总成本接近55％)和阴极慢的氧还原反应(ORR)极大地限制了PEMFCs商业化发展。因此，为了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的商业化，降低成本和提高性能已经成为大量研究工作的重心。
为了提高铂催化剂的催化性能和降低其相应的成本，现有技术中两个方面的工作正在进行:一方面,通过铂合金的形式来实现成本的降低和催化性能的提高；另一方面，以一些非碳载体材料,例如氮化物，碳化物，过渡金属氧化物或者氧化物/碳的复合物等作为替代碳材料来作为铂催化剂的载体材料。
发明人在实现本发明的过程中发现:同碳材料相比，上述非碳材料在充当新的铂催化剂的载体材料时,常常因为比表面积小、孔隙率低、电子导电率差、溶解性不好，电化学和热稳定性差等缺点而很难提高催化剂的活性与稳定性。
发明内容
本发明实施方式主要解决的技术问题是提供一种燃料电池催化剂载体及其制备方法、燃料电池的电极以及燃料电池催化剂溶液的制备方法，其旨在解决现有燃料电池催化剂载体电子导电率差的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种燃料电池催化剂载体，包括二氧化钛金属惨杂物，所述二氧化钛金属掺杂物中包含铌元素。
可选地，所述二氧化钛金属掺杂物中铌元素的掺杂含量为在6at％。
可选地，所述二氧化钛金属掺杂物为二氧化钛单金属惨杂物，所述二氧化钛单金属惨杂物具体为NbTiO2。
可选地，所述二氧化钛金属掺杂物中还包含钛元素。
可选地，所述二氧化钛金属掺杂物为二氧化钛双金属惨杂物，所述二氧化钛双金属惨杂物具体为TaNbTiO2。
为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种燃料电池的电极，包括分散在二氧化钛载体上的催化剂，所述二氧化钛载体为上述燃料电池催化剂载体。
为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种制备上述燃料电池催化剂载体的制备方法，包括如下步骤：
将乙醇铌加入到盐酸中，搅拌溶解后，加入钛的氧化物，继续搅拌溶解，得到铌、钛的前驱体溶液；将所述铌、钛的前驱体溶液进行蒸发，或者加入丁醇钽再进行蒸发，以得到初步成型的金属惨杂物；将所述初步成型的惨杂物洗涤、干燥后进行保温获得目标金属惨杂物。
可选地，所述盐酸的浓度为12mol/L。
可选地，所述在高温炉中进行保温的保温条件为：在400℃和流动速率为300ml/min的氢气氛围下，保温24小时。
为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种燃料电池催化剂溶液的制备方法，包括如下步骤：按照上述制备方法制备得到目标金属惨杂物；制备钯的前驱体溶液和铂的前驱体溶液，将所述钯的前驱体溶液和所述铂的前驱体溶液混合获得铂钯前驱体混合液；将所述目标金属惨杂物均匀分散于载体溶液后，滴入所述铂钯前驱体混合液，调节PH并搅拌，洗涤、干燥得到催化剂溶液。
本发明实施方式的有益效果是：本发明制备得到的燃料电池催化剂载体一方面克服了的二氧化钛或Nb掺杂二氧化钛载体材料在导电性不足的缺点；另一方面，TaNbTiO2材料承载的铂合金催化剂(PtPd/TaNbTiO2)在燃料电池电化学测试条件稳定非常高，特别是当TaNbTiO2材料承载的铂合金催化剂(PtPd/TaNbTiO2)在燃料电池电化学测与碳材料进行复合得到TaNbTiO2/C的复合物载铂合金催化剂后，由于该双金属掺杂氧化物对碳进行的保护，减少了碳的电化学腐蚀，增强了稳定性，并且使得催化剂的催化活性超过了现有常用的催化剂(47wt％Pt/C)活性的二倍。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种燃料电池催化剂载体的制备方法的流程示意图；
图2(a)和图2(b)是本发明实施提供的对金属掺杂物分别进行XRD表征的谱图；
图3(a)是本发明实施提供的对20wt％Pt1Pd3/Ta0.01Nb0.03Ti0.96O2进行TEM-EDX表征的谱图；
图3(b)是本发明实施提供的对20wt％Pt1Pd3/Ta0.01Nb0.03Ti0.96O2/C进行TEM-EDX表征的谱图；
图4(a)是本发明实施提供的对20wt％Pt1Pd3/Ta0.01Nb0.03Ti0.96O2进行1000圈循环伏安扫描稳定性测试的氧还原曲线图；
图4(b)是本发明实施提供的对20wt％Pt1Pd3/Ta0.01Nb0.03Ti0.96O2/C进行1000圈循环伏安扫描稳定性测试的氧还原曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
二氧化钛(TiO2)基材料由于成本低，易于控制尺寸和结构，以及具有很高的化学、电化学与热稳定性已经被开发作为有潜力的铂催化剂载体材料，然而TiO2的低导电性成为其获得高活性电催化剂的障碍。
本发明实施例即是将二氧化钛(TiO2)中掺杂金属铌元素或者同时掺杂金属铌元素和金属钽元素来提高二氧化钛的导电性以充当新的铂催化剂的载体材料,来提高铂催化剂的活性与稳定性。为了本领域技术人员更好的理解本发明，以下首先对二氧化钛(TiO2)充当铂催化剂的载体的作用原理进行解释。
众所周知，TiO2中包含金红石和锐钛矿两种晶相。在室温下，金红石相的能带在3.0eV，而锐钛矿相为3.2eV。由于能带级别的不同，金红石相的电子电导率通常都比锐钛矿相要高。并且，现有技术中主要通过下述两种方法来提高TiO2的电子导电性：
1、热处理方法，热处理方法主要是通过创造氧缺陷，产生更多的金红石相，以提高TiO2的电子导电性；
2、通过引入适合的过渡金属，其主要通过引入Nb等过渡金属到TiO2的结构中进行掺杂，提高电子导电性。
其中，对于Nb掺杂的TiO2载体来讲，在TiO2中引入Nb的合成方法和合成条件成为提高电子导电的关键因素。
考虑到700℃是TiO2的锐钛矿相转变成金红石相的温度，并且TiO2的金红石相电导率几乎是锐钛矿相电导率的三个级别以上，为了深入提高二氧化钛基载体材料的电子导电性，获得高导电且稳定的二氧化钛基电催化剂载体材料，本发明实施例通过将铌(Nb)的掺杂量固定在6at％，并且基于不同浓度的盐酸(0M，5M，12M)作为反应的催化剂，使用400℃作为热处理温度，以获得高比例(84％)的导电金红石相的铌共掺杂的二氧化钛(NbTiO2)载体材料。
进一步地，为了进一步提高二氧化钛的电子导电性能、增强其物理化学性能，本发明还将一部分物理化学性能稳定的金属钽(Ta)随同Nb一起作为共掺杂金属，对二氧化钛进行双金属掺杂，并且提高热处理温度到700℃以保证二氧化钛中的锐钛矿相全部转换为导电金红石相，最后获得了几乎100％导电性的金红石相的钽铌共掺杂的二氧化钛(TaNbTiO2)载体材料。
上述得到的Ta、Nb双金属共掺杂的二氧化钛载体材料一方面克服了的二氧化钛或Nb掺杂二氧化钛载体材料在导电性不足的缺点；另一方面，区别于氮(N)和锡(Sn)共掺杂二氧化钛的材料结构性能,TaNbTiO2材料承载的铂合金催化剂(PtPd/TaNbTiO2)在燃料电池电化学测试条件稳定非常高，特别是当它与碳材料进行复合得到TaNbTiO2/C的复合物载铂合金催化剂后，由于该双金属掺杂氧化物对碳进行的保护，减少了碳的电化学腐蚀，增强了稳定性，并且使得催化剂的催化活性超过了现有常用的催化剂(47wt％Pt/C)活性的二倍。
本发明实施例还提供一种燃料电池的电极，所述燃料电池的电极中包括催化剂颗粒，上述制备得到的铌共掺杂的二氧化钛(NbTiO2)载体材料和钽铌共掺杂的二氧化钛(TaNbTiO2)载体材料可以作为催化剂载体应用于所述燃料电池的电极中，以提高铂催化剂的催化性能。
本发明实施例还提供一种如图1所示的燃料电池催化剂载体的制备方法，其具体包括如下步骤：
步骤11、将乙醇铌加入到盐酸中，搅拌溶解后，加入钛的氧化物，继续搅拌溶解，得到铌、钛的前驱体溶液。
步骤12、将所述铌、钛的前驱体溶液进行蒸发，或者加入丁醇钽再进行蒸发，以得到初步成型的金属惨杂物。
其中，将所述铌、钛的前驱体溶液直接进行蒸发则得到初步成型的但技术惨杂物，所述单金属惨杂物的掺杂元素为Nb；所述加入丁醇钽之后再进行蒸发，则得到初步成型的双金属惨杂物，所述双金属惨杂物的掺杂元素为Ta和Nb。
步骤13、将所述初步成型的惨杂物洗涤、干燥后移送至高温炉中进行保温，获得目标金属惨杂物。
此步骤即得到NbTiO2或者TaNbTiO2。
其中，在得到上述NbTiO2或者TaNbTiO2后，还可以基于NbTiO2或者TaNbTiO2制备得到燃料电池催化剂溶液，以应用于后续氢质子交换膜燃料电池中。该制备燃料电池催化剂溶液的方法具体包括如下步骤：
1、按照上述制备方法，制备得到目标金属惨杂物；
2、制备钯的前驱体溶液和铂的前驱体溶液，将所述钯的前驱体溶液和所述铂的前驱体溶液混合获得铂钯前驱体混合液；
3、将所述目标金属惨杂物均匀分散于载体溶液后，滴入所述铂钯前驱体混合液，调节PH并搅拌，洗涤、干燥得到催化剂溶液。
以下结合相应的实施例1-9，详细说明本发明实施例使用的Nb二氧化钛单金属惨杂物和Ta、Nb二氧化钛双金属惨杂物的具体制备过程及对其相关性能进行表征。
实施例1-3
1、将1.05mmol乙醇铌(Nb(OC2H5)5)加入到不同浓度盐酸(实施例1对应的盐酸浓度为0M(摩尔)/L，实施例2对应的盐酸浓度为5M/L、实施例3对应的盐酸浓度为12M/L)中，搅拌溶解15分钟后，加入15.30mmol异丁氧基钛(Ti(OCH2CH2CH2CH3)4)，继续搅拌15分钟，溶解得到得到铌、钛的前驱体溶液。
2、向铌、钛的前驱体溶液中滴加244.6mmol去离子水,升温到120℃，保温20小时，直到所有溶液蒸发，得到初步成型的单金属Nb惨杂物。
3、将上述初步成型的单金属Nb惨杂物用去离子水洗涤之后，在80℃下干燥一晚，最后，将该干燥后的产物移送到高温炉中，在400℃和氢气(流动速率为300ml/min)条件下，保温24小时后，获得Nb0.06Ti0.94O2金属掺杂物。
4、将实施例1-3得到的Nb0.06Ti0.94O2金属掺杂物分别进行相结构的测定和表征，其XRD的结果如图2(a)所示。
实施例4
1、将261mol乙醇铌(Nb(OC2H5)5)加入到浓度为965mmol盐酸中(盐酸浓度为12M/L)，搅拌溶解15分钟后，加入7.60mmol异丙醇钛(Ti(OCH(CH3)2)4)，继续搅拌15分钟形成铌、钛的前驱体溶液。
2、向铌、钛的前驱体溶液中再加入0.92mmol丁醇钽(Ta(OCH2CH2CH2CH3)5)，待混合溶液继续搅拌15分钟后，加热到120℃，保温20小时，直到所有溶液蒸发，得到初步成型的双金属Nb、Ta惨杂物。
3、将上述初步成型的双金属Nb、Ta惨杂物移送到高温炉中，在700℃和氢气(流动速率为300ml/min)条件下，保温10小时后，获得Ta0.01Nb0.03Ti0.96O2双金属掺杂物。
4、将实施例4得到的Nb0.06Ti0.94O2金属掺杂物分别进行相结构的测定和表征，其XRD的结果如图2(b)所示。
实施例5-8
1、改变实施例4中乙醇铌和丁醇钽的添加量，控制Nb摩尔份数范围0.01～0.08，控制Ta的摩尔份数范围：0.03～0.20为分别得到Ta0.04Nb0.06Ti0.9O2双金属掺杂物(实施例5)、Ta0.08Nb0.06Ti0.9O2(实施例6)、Ta0.04Nb0.2Ti0.76O2(实施例7)和Ta0.08Nb0.2Ti0.72O2(实施例8)。
2、将实施例5-8得到的金属掺杂物Ta0.04Nb0.06Ti0.9O2、Ta0.08Nb0.06Ti0.9O2、Ta0.04Nb0.2Ti0.76O2和Ta0.08Nb0.2Ti0.72O2分别进行相结构的测定和表征，其XRD的结果如图2(b)所示。
实施例9
将75％碳材料(TKKE，E-type carbonblack)按照上述试验方法，
对于TaNbTiO2/C复合载体材料的制备，只需加入到乙醇铌(V)、异丙醇钛(IV)和丁醇钽(V)的混合溶液中一起蒸发后，再进行后处理得到。
得到Ta0.01Nb0.03Ti0.9O2/C复合材料。
将得到的Ta0.01Nb0.03Ti0.9O2/C复合材料进行相结构的测定和表征，其XRD的结果如图2(b)所示。
为了获得完整的催化剂，以下基于上时实施例制备得到的单金属掺杂物和双金属惨杂物，结合实施例10和11详细说明燃料电池催化剂载体的制备过程并对其相关性能进行表征。
实施例10
1、将18.9mg氯钯酸铵((NH4)2PdCl6)溶解于0.5ml去离子水和1ml乙二醇的混合液中，得到钯的前驱体溶液，然后将钯的前驱体溶液与45.25mg铂的前驱体溶液(氯铂酸(H2PtCl6·6H2O)溶于0.5ml去离子水中，混合获得铂钯前驱体混合液。
2、将实施例1-3得到的金属掺杂物90mg在20ml的乙二醇中超声处理后得到均匀分散的载体溶液后，然后将上述步骤1制备得到的铂钯前驱体混合液滴定到载体材料溶液中进行充分混合，滴加0.1M/LNaOH溶液调节pH值到10，再搅拌1个小时之后，在微波炉中运行到乙二醇的沸点时，进行120秒的还原处理，得到催化剂悬浮液。
3、过滤步骤2中的催化剂悬浮液，并进行去离子水的洗涤，直到洗涤过后的水的pH值达到7，然后放入烘箱中，于60℃条件下干燥16个小时，制备得到催化剂溶液。
实施例11
1、将18.9mg氯钯酸铵((NH4)2PdCl6)溶解于0.5ml去离子水和1ml乙二醇的混合液中，得到钯的前驱体溶液，然后将钯的前驱体溶液与45.25mg铂的前驱体溶液(氯铂酸(H2PtCl6·6H2O)溶于0.5ml去离子水中，混合获得铂钯前驱体混合液。
2、将实施例5-9得到的金属掺杂物90mg在20ml的乙二醇中超声处理后得到均匀分散的载体溶液后，然后将上述步骤2制备得到的铂钯前驱体混合液滴定到载体材料溶液中进行充分混合，滴加0.1M/LNaOH溶液调节pH值到10，再搅拌1个小时之后，在微波炉中运行到乙二醇的沸点时，进行120秒的还原处理，得到催化剂悬浮液。
3、过滤步骤2中的催化剂悬浮液，并进行去离子水的洗涤，直到洗涤过后的水的pH值达到7，然后放入烘箱中，于60℃条件下干燥16个小时，制备得到催化剂溶液。
将实施例1-9得到的金属惨杂物中其金红石相和锐钛矿相的含量按照下述经验式进行计算：
R(T)＝0.679[IR/(IR+IA)]+0.312[IR/(IR+IA)]2
其中，R(T)是金红石相含量，IA是锐钛矿相(101)主峰的强度，IR是金红石相(110)主峰的强度，计算结果如表1所示。
表1
选取实施例11得到的20wt％Pt1Pd3/Ta0.01Nb0.03Ti0.96O2和20wt％Pt1Pd3/Ta0.01Nb0.03Ti0.96O2/C进行TEM-EDX表征，其表征结果如图3(a)和图3(b)所示。
从表1计算的结果可知，对于制备的NbTiO2载体材料来讲，随着盐酸浓度在合成中的增加，导电的金红石相含量液增加，当盐酸浓度达到12M时候，仅仅在400℃的低温热处理条件下，NbTiO2金红石相含量为84％，明显提高了电导率。
而在制备的NbTiO2载体材料时，将处理温度提高到锐钛矿相转变为金红石相的温度(700℃)时候，按照图2(b)中XRD的结果，当Ta和Nb的总摩尔量低于14at％时，几乎所有的TaNbTiO2载体材料都呈现出100％的金红石(rutile)相TiO2的特征峰，没有任何其他杂相(包括Ta和Nb的氧化物相)产生，这清楚的说明Ta和Nb成功地掺杂于金红石的TiO2相中。
当Ta和Nb的总摩尔量高于14at％时，一些附加相(比如：TaO2和Nb2O5)的特征峰能被探测到，这主要是因为Ta和Nb的前驱体在高浓度时候水解中形成的，也就造成Ta和Nb在金红石相TiO2中的不完成掺杂。
当碳融合在100％金红石相的Ta0.01Nb0.03Ti0.96O2氧化物中，
Ta0.01Nb0.03Ti0.96O2/C复合物呈现了清楚的金红石相TiO2的特征峰和稍微模糊的纯碳特征峰。对于无杂相的TaNbTiO2材料来讲，金红石相TiO2的存在非常有利于掺杂型TiO2的电子导电，也能增强载体与铂合金之间的相互作用，从而利于电催化的活性和稳定性。
并且，从图3(a)中XRD的结果可以发现，由于氧化物(Ta0.01Nb0.03Ti0.96O2)的比表面积低，Pt、Pd合金粒子出现了聚集、团聚的分布，催化剂粒子的尺寸介于200～500nm之间。在图3(b)中，经过EDX的测试能发现Pt，Pd，Nb，Ta，Ti，O等元素的存在，完全复合催化剂的成分组成，而且，在加入碳以后，PtPd合金粒子较为分散的均匀些，不会全部团聚到氧化物表面。
电导率和比表面积的大小对于催化剂的载体材料非常重要。低的电导率难以保证电子在电极与催化剂之间的传递，通常载体材料至少要达到0.1S/cm以上才能足够在燃料电池中运用。而载体的比表面积也需要足够的大才能利于铂或铂合金粒子的分布均匀，基本的比表面积要求至少达到100m2/g。本发明继续将实施例1-9得到的金属掺杂物进行导电率和比表面积测试，其测试结果如表2所示。
表2
由表2可知，TaNbTiO2的电导率在10-4～10-5S/cm范围之间，随着Ta和Nb的总含量增加，电导率也在增加。当Ta和Nb的总量达到24at％时候，TaNbTiO2的电导率明显高于Nb0.06Ti0.96O2，但TaNbTiO2的电导率还是相对较低，在进一步加入碳材料进行复合以后，TaNbTiO2/C的电导率达到了4.88S/cm，这主要是因为碳的高电导率(约7.8S/cm)提升了复合物的导电性。
相应于TEM的催化剂粒子的团聚来讲，正是因为测试的TaNbTiO2比表面积低的缘故，并且从表2可以看到，TaNbTiO2的比表面积范围在3.5～11.7之间，低于NbTiO2的45m2/g，也远远低于100m2/g，在碳材料融入后，TaNbTiO2/C复合物的比表面积达到了683m2/g，提供了PtPd纳米粒子分散的高表面，适当地降低了合金粒子的团聚，利于铂催化的提高。
按照旋转圆盘电极(RDE)的测试方法，将不同催化剂的电催化活性性能数据已经汇总如表3所示。并且对20wt％Pt1Pd3/Ta0.01Nb0.03Ti0.96O2和20wt％Pt1Pd3/Ta0.01Nb0.03Ti0.96O2/C催化剂进行1000圈循环伏安扫描稳定性测试得到其测试前后的氧还原曲线如图4(a)和图4(b)所示。
表3
由表3可知，PtPd/TaNbTiO2催化剂的氧还原活性数据低于90mA/mgPt，而从图4可以看出，在1000圈循环伏安扫描后稳定性测试后的氧还原活性损耗低于26％，尤其是20wt％Pt1Pd3/Ta0.01Nb0.03Ti0.96O2催化剂的活性仅只有12.5％的损耗。
而当加入碳以后，所得20wt％Pt1Pd3/Ta0.01Nb0.03Ti0.96O2/C催化剂的活性和损耗分别达到了260mA/mgPt和30％，优于现有常用的47wt％Pt/C催化剂(110mA/mgPt，40％)、20wt％Pt1Pd3/Nb0.04Ti0.96O2催化剂(83mA/mgPt，31％)和20wt％Pt1Pd3/C催化剂(135mA/mgPt，49％)的性能。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池催化剂载体，其特征在于，包括二氧化钛金属惨杂物，所述二氧化钛金属掺杂物中包含铌元素。
2.根据权利要求1所述的燃料电池催化剂载体，其特征在于，所述二氧化钛金属掺杂物中铌元素的掺杂含量为在6 at%。
3.根据权利要求2所述的燃料电池催化剂载体，其特征在于，所述二氧化钛金属掺杂物为二氧化钛单金属惨杂物，所述二氧化钛单金属惨杂物具体为NbTiO2。
4.根据权利要求2所述的燃料电池催化剂载体，其特征在于，所述二氧化钛金属掺杂物中还包含钛元素。
5.根据权利要求4所述的燃料电池催化剂载体，其特征在于，所述二氧化钛金属掺杂物为二氧化钛双金属惨杂物，所述二氧化钛双金属惨杂物具体为TaNbTiO2。
6.一种燃料电池的电极，其特征在于，包括分散在二氧化钛载体上的催化剂，所述二氧化钛载体为权利要求1-5任一项所述的燃料电池催化剂载体。
7.一种制备权利要求1-5任一项所述的燃料电池催化剂载体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将乙醇铌加入到盐酸中，搅拌溶解后，加入钛的氧化物，继续搅拌溶解，得到铌、钛的前驱体溶液；
将所述铌、钛的前驱体溶液进行蒸发，或者加入丁醇钽再进行蒸发，以得到初步成型的金属惨杂物；
将所述初步成型的惨杂物洗涤、干燥后移送至高温炉中进行保温，获得目标金属惨杂物。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述盐酸的浓度为12mol/L。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在高温炉中进行保温的保温条件为：在400oC和流动速率为300 ml/min的氢气氛围下，保温24小时。
10.一种燃料电池催化剂溶液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按照权利要求7-9任一项所述的制备方法，制备得到目标金属惨杂物；
制备钯的前驱体溶液和铂的前驱体溶液，将所述钯的前驱体溶液和所述铂的前驱体溶液混合获得铂钯前驱体混合液；
将所述目标金属惨杂物均匀分散于载体溶液后，滴入所述铂钯前驱体混合液，调节PH并搅拌，洗涤、干燥得到催化剂溶液。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111029599A (zh) * 2019-08-28 2020-04-17 深圳市通用氢能科技有限公司 燃料电池抗反极催化剂及其制备方法
CN111266110A (zh) * 2020-02-24 2020-06-12 中国科学院广州能源研究所 一种以过渡金属掺杂氧化钛为载体的水电解制氢用阳极催化剂及其制备方法
CN111584800A (zh) * 2020-01-15 2020-08-25 武汉理工大学 氧缺陷二氧化钛纳米片修饰锂离子电池隔膜及其制备方法和应用
CN115000423A (zh) * 2022-05-06 2022-09-02 上海歌地催化剂有限公司 一种氢燃料电池阴极催化剂及其制备方法、应用
US20240093377A1 (en) * 2020-02-26 2024-03-21 Treadstone Technologies, Inc. Component having improved surface contact resistance and reaction activity and methods of making the same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101365537A (zh) * 2005-08-12 2009-02-11 通用汽车环球科技运作公司 燃料电池的电催化剂载体

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101365537A (zh) * 2005-08-12 2009-02-11 通用汽车环球科技运作公司 燃料电池的电催化剂载体

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YAN-JIE WANG等: "Ta and Nb co-doped TiO2 and its carbon-hybrid materials for supporting Pt–Pd alloy electrocatalysts for PEM fuel cell oxygen reduction reaction", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111029599A (zh) * 2019-08-28 2020-04-17 深圳市通用氢能科技有限公司 燃料电池抗反极催化剂及其制备方法
CN111029599B (zh) * 2019-08-28 2021-10-15 深圳市通用氢能科技有限公司 燃料电池抗反极催化剂及其制备方法
CN111584800A (zh) * 2020-01-15 2020-08-25 武汉理工大学 氧缺陷二氧化钛纳米片修饰锂离子电池隔膜及其制备方法和应用
CN111266110A (zh) * 2020-02-24 2020-06-12 中国科学院广州能源研究所 一种以过渡金属掺杂氧化钛为载体的水电解制氢用阳极催化剂及其制备方法
CN111266110B (zh) * 2020-02-24 2023-02-03 中国科学院广州能源研究所 一种以过渡金属掺杂氧化钛为载体的水电解制氢用阳极催化剂及其制备方法
US20240093377A1 (en) * 2020-02-26 2024-03-21 Treadstone Technologies, Inc. Component having improved surface contact resistance and reaction activity and methods of making the same
CN115000423A (zh) * 2022-05-06 2022-09-02 上海歌地催化剂有限公司 一种氢燃料电池阴极催化剂及其制备方法、应用
CN115000423B (zh) * 2022-05-06 2024-07-19 上海歌地催化剂有限公司 一种氢燃料电池阴极催化剂及其制备方法、应用

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