WO2025200587A1 - 一种非晶铂合金和燃料电池的制备方法 - Google Patents

一种非晶铂合金和燃料电池的制备方法

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王智捷
周江峰
曹天鹏
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Dongfeng Motor Group Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to fuel cells, and more particularly to fuel cell catalysts.
  • Hydrogen fuel cells use hydrogen as fuel, converting the chemical energy in the fuel directly into electrical energy through electrochemical reactions. They offer advantages such as high energy conversion efficiency, zero emissions, and a low noise level. Technological advances are driving the development and upgrading of hydrogen production, storage, and transportation systems.
  • a typical example of a hydrogen fuel cell is the proton exchange membrane fuel cell (PEMTC). Its core component is the membrane electrode (MEA), which consists of a central proton exchange membrane (PEM), a catalyst layer (CL) coated on top, and an outer gas diffusion layer (GDL).
  • MEA membrane electrode
  • the catalytic layer primarily consists of a platinum (Pt/C) catalyst and a perfluorosulfonic acid ionomer (ionomer), forming a cathode and anode.
  • the cathode catalyzes the oxygen reduction reaction (ORR), while the anode catalyzes the hydrogen oxidation reaction (HOR).
  • ORR oxygen reduction reaction
  • HOR hydrogen oxidation reaction
  • the excellent performance of the Pt/C catalyst is particularly evident in both the ORR and HOR.
  • its high cost significantly increases the development costs of the MEA.
  • hydrogen fuel cell vehicles are subject to actual operating conditions such as idling, starting and stopping, and rapid load changes during use.
  • the embodiments of the present application provide a method for preparing an amorphous platinum alloy and a fuel cell to solve the technical problems of high cost and easy failure of Pt/C catalysts at high potentials.
  • an embodiment of the present application provides a method for preparing an amorphous platinum alloy, the method comprising the following steps:
  • the transition metal and platinum are melted into an ingot under an inert gas atmosphere
  • the ingot is melt-spun to obtain an amorphous platinum alloy.
  • the transition metal includes at least one of nickel, cobalt, molybdenum, niobium, tin, iron, and manganese.
  • the transition metal and platinum are melted into an ingot in an inert gas atmosphere by an arc melting process.
  • the arc melting is performed under a vacuum degree of -0.1 ⁇ 0.05MPa.
  • the arc melting temperature is 100-400° C. higher than the melting point of the ingot.
  • the melt temperature of the melt spinning is controlled to be 1800 ⁇ 2100°C.
  • FIG3 is an ORR polarization curve of the amorphous platinum alloy prepared in Example 1 of the present application.
  • FIG4 is a HRR polarization curve diagram of the amorphous platinum alloy prepared in Example 1 of the present application.
  • an embodiment of the present application provides a method for preparing an amorphous platinum alloy, the method comprising the following steps:
  • step S11 under an inert gas atmosphere is to avoid oxidation and prevent heterogeneous nucleation and growth of the alloy.
  • the purpose of removing the oxide layer on the surface of the ingot in step S12 is to reduce oxides and prevent heterogeneous nucleation and growth of the alloy.
  • the successful removal of the oxide layer is marked by a smooth, clean surface and good light reflectivity.
  • the oxide layer can be removed by conventional methods in the art, such as polishing with sandpaper.
  • the amorphous platinum alloy prepared in this application contains a large amount of transition metals, which are inexpensive, making the cost of the amorphous platinum alloy low; its multi-metal components can improve catalytic performance through the alloying effect.
  • the amorphous alloy lacks structural defects that are prone to electrochemical corrosion, thereby achieving an oxidation resistance potential of up to 0.8V or more. It can also minimize the performance decay rate after the occurrence of reverse polarity and is not easy to fail at high potentials. Therefore, it can be used as a preparation method for fuel cell catalysts with lower cost and better durability.
  • the transition metal includes at least one of nickel, cobalt, molybdenum, niobium, tin, iron, and manganese.
  • the above metals are readily available non-precious metals and can easily form amorphous alloys with platinum.
  • the molar ratio of the transition metal to the platinum is 1:(1-4).
  • the molar ratio of the transition metal to platinum is limited to 1:(1-4), which is conducive to obtaining an amorphous platinum alloy with a relatively uniform structure.
  • the platinum content is above 50%, ensuring its catalytic performance.
  • the amount ratio of the transition metal to the platinum may be 1:1, 1:2, 1:3, or 1:4.
  • the transition metal and platinum are melted into an ingot in an inert gas atmosphere by an arc melting process.
  • the arc melting is performed under a vacuum degree of -0.1 ⁇ 0.05MPa.
  • the arc melting may be performed under vacuum degrees of -0.1 MPa, -0.05 MPa, 0 MPa, or 0.05 MPa.
  • the arc melting temperature is 100-400° C. higher than the melting point of the ingot.
  • the arc melting temperature may be 100° C., 200° C., 300° C., or 400° C. higher than the melting point of the ingot.
  • the spinning speed of the melt spinning is 3000-10000 r ⁇ min -1 .
  • the spinning speed of the melt spinning may be 3000 r ⁇ min -1 , 4000 r ⁇ min -1 , 5000 r ⁇ min -1 , 6000 r ⁇ min -1 , 7000 r ⁇ min -1 , 8000 r ⁇ min -1 , 9000 r ⁇ min -1 , or 10000 r ⁇ min -1 .
  • the melt temperature of the melt spinning can be controlled to 1800°C, 1900°C, 2000°C, or 2100°C.
  • the vacuum degree of the melt spinning is controlled to be -0.1 ⁇ 0.05MPa.
  • the vacuum degree of the melt spinning can be controlled to be -0.1 MPa, -0.05 MPa, 0 MPa, or 0.05 MPa.
  • premix into a slurry can be prepared first, and then the mixture can be added to the premix to prepare the slurry.
  • This embodiment provides a method for preparing an amorphous platinum alloy, which comprises the following steps:
  • Sa Provide a vacuum arc furnace, evacuate it and then introduce argon gas
  • the arc melting is performed under a vacuum degree of -0.1 MPa.
  • the melt temperature of the melt spinning is controlled at 1800°C.
  • the vacuum degree of the melt spinning was controlled to be -0.1 MPa.
  • Sa Provide a vacuum arc furnace, evacuate it and then introduce argon gas
  • the arc melting is performed under a vacuum degree of 0.05 MPa.
  • the spinning speed of the melt spinning is 10000 r ⁇ min -1 .
  • the melt temperature of the melt spinning is controlled at 2100°C.
  • Sa Provide a vacuum arc furnace, evacuate it and then introduce argon gas
  • the arc melting is performed under a vacuum degree of 0.03 MPa.
  • the arc melting temperature is 2000°C.
  • the spinning speed of the melt spinning is 8000 r ⁇ min -1 .
  • the melt temperature of the melt spinning is controlled to be 2000°C.
  • the vacuum degree of the melt spinning is controlled to be 0.4 MPa.
  • the amorphous platinum alloy obtained in Example 1 was characterized by X-ray powder diffraction (XRD), and the obtained XRD pattern is shown in FIG2 .
  • XRD X-ray powder diffraction
  • the amorphous platinum alloy obtained in Example 1 was subjected to an ORR (oxygen reduction) polarization test, and the obtained ORR polarization curve is shown in FIG3 .
  • ORR performance testing conditions were as follows: a saturated calomel electrode (Hg/ HgCl2 /saturated KCl solution, SCE) was used as the reference electrode, a large-area Pt sheet or Pt wire was used as the counter electrode, and an O2 - saturated 0.1 mol/L HClO4 solution was used as the electrolyte. These electrodes, along with the working electrode, were placed in an electrolytic cell to form a three-electrode system. The catalyst was first activated by saturating the three-electrode system with N2 for 30 minutes while maintaining the cell temperature at room temperature (25°C). The scan range was set from 0.05 V to 1.10 V (vs.
  • Figure 3 shows that the half-wave potential of the amorphous platinum alloy is as high as 0.9 V, and its overall ORR potential is at a low level, indicating that it has excellent ORR activity and anti-reverse polarity ability.
  • Example 2 The amorphous platinum alloy obtained in Example 1 was subjected to a HOR (hydrogen oxidization) polarization test, and the obtained HOR polarization curve is shown in FIG4 .
  • HOR hydrogen oxidization
  • RHE is set at a scan rate of 50 mV/s for 50 cycles. After activation, the temperature in the electrolytic cell was maintained at 25°C. H2 was introduced into the three-electrode system to reach saturation, and hydrogen was continuously introduced. The rotating disk electrode speed was controlled at 1600 rpm, and the scanning range was set to -0.1 V ⁇ 0.9 V (vs. RHE), scanning from low potential to high potential at a speed of 1 mV/s.
  • A,” “and/or B,” and/or “C” can mean that any one of A, B, and C exists alone, any two of them exist simultaneously, or all three of them exist simultaneously.
  • at least one means one or more, and “plurality” means two or more.
  • At least one means at least one of the following,” or similar expressions refer to any combination of these items, including any combination of single or plural items.
  • At least one of a, b, or c or "at least one of a, b, and c” can mean: a, b, c, a+b (i.e., a and b), a+c, b+c, or a+b+c, where a, b, and c can each be single or plural.

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Abstract

本申请涉及一种非晶铂合金的制备方法，所述非晶铂合金的制备方法包括如下步骤：将过渡金属与铂在惰性气氛围下熔成铸锭；去除所述铸锭表面的氧化层；将所述铸锭进行熔融纺丝，得到非晶铂合金。本申请提供的非晶铂合金，含有大量的过渡金属，其价格低廉，使得所述非晶铂合金的成本较低；其多金属组分可以通过合金化效应提高催化性能，相比于传统结晶态合金催化剂，非晶合金内部缺少容易发生电化学腐蚀的结构缺陷，从而可以实现高达0.8V以上的耐氧化电位，在发生反极后也可以最大程度上减小性能衰减率，在高电位下不容易失效。因此其可以作为成本更低、耐久性更好的燃料电池催化剂。

Description

一种非晶铂合金和燃料电池的制备方法 技术领域
本申请涉及燃料电池，尤其涉及燃料电池催化剂。
 背景技术
氢燃料电池是以氢气为燃料，通过电化学反应将燃料中的化学能直接转变为电能的发电装置，具有能量转换效率高、零排放、无噪声等优点，相应技术进步可推动氢气制备、储藏、运输等技术体系的发展升级。氢燃料电池的典型代表是质子交换膜燃料电池（PEMTC），其核心部件是膜电极（MEA），由位于中央的质子交换膜（PEM）和涂覆在其上的催化剂层（CL）以及再外侧的气体扩散层（GDL）共同组成。其中，催化层的主要成分是Pt/C催化剂与全氟磺酸离子聚合物（离聚物），并分为阴阳两极，其中阴极用于催化氧还原反应（ORR），阳极用于催化氢氧化反应（HOR），Pt/C催化剂的优异性能在ORR和HOR中均有突出体现。但其成本高昂，显著增大了膜电极的开发成本。另外，氢燃料电池汽车使用过程中存在怠速、启停、快速变载等实际工况，上述工况会带来高电位（高于0.85 V）和反极现象（阳极电位高于阴极电位），这会导致Pt/C催化剂纳米颗粒的不可逆氧化溶解流失行为表现尤为显著，进而引起催化剂快速失效，如再沉积、奥斯瓦尔德熟化、团聚等。
 发明内容
本申请实施例提供了一种非晶铂合金和燃料电池的制备方法，以解决Pt/C催化剂成本高昂、在高电位下容易失效的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供一种非晶铂合金的制备方法，所述非晶铂合金的制备方法包括如下步骤：
将过渡金属与铂在惰性气氛围下熔成铸锭；
去除所述铸锭表面的氧化层；
将所述铸锭进行熔融纺丝，得到非晶铂合金。
在本申请的一些实施例中，所述过渡金属包括镍、钴、钼、铌、锡、铁、锰中的至少一种。
在本申请的一些实施例中，所述过渡金属与所述铂的物质的量之比为1:（1~4）。
在本申请的一些实施例中，所述将过渡金属与铂在惰性气氛围下熔成铸锭，通过电弧熔化工艺进行。
在本申请的一些实施例中，所述电弧熔化在-0.1~0.05MPa的真空度下进行。
在本申请的一些实施例中，所述电弧熔化的温度比所述铸锭的熔点高出100~400℃。
在本申请的一些实施例中，所述熔融纺丝的纺丝速度为3000~10000 r·min -1。
在本申请的一些实施例中，所述熔融纺丝的熔体温度控制为1800~2100℃。
在本申请的一些实施例中，所述熔融纺丝的真空度控制为-0.1~0.05MPa。
第二方面，本申请实施例提供一种燃料电池的制备方法，所述燃料电池的制备方法包括如下步骤：
提供第一方面任一实施例所述的方法制备得到的非晶铂合金；
将所述非晶铂合金处理成合金纳米颗粒；
将所述合金纳米颗粒与碳载体混合，得到预混料；
将所述预混料制成浆料后设置到质子交换膜上，形成催化层，所述催化层为阴极催化层或阳极催化层中的至少一层催化层；
以具有所述催化层的质子交换膜为基底制备燃料电池。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的非晶铂合金，含有大量的过渡金属，其价格低廉，使得所述非晶铂合金的成本较低；其多金属组分可以通过合金化效应提高催化性能，相比于传统结晶态合金催化剂，非晶合金内部缺少容易发生电化学腐蚀的结构缺陷，从而可以实现高达0.8V以上的耐氧化电位，在发生反极后也可以最大程度上减小性能衰减率，在高电位下不容易失效。因此其可以作为成本更低、耐久性更好的燃料电池催化剂。
 附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例1制备得到的非晶铂合金的光学显微镜图像；
图2为本申请实施例1制备得到的非晶铂合金的XRD图谱；
图3为为本申请实施例1制备得到的非晶铂合金的ORR极化曲线图；
图4为为本申请实施例1制备得到的非晶铂合金的HRR极化曲线图。
 具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
现有的Pt/C催化剂存在成本高昂、在高电位下容易失效的技术问题。
本申请实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
第一方面，本申请实施例提供一种非晶铂合金的制备方法，所述非晶铂合金的制备方法包括如下步骤：
S11：将过渡金属与铂在惰性气氛围下熔成铸锭；
S12：去除所述铸锭表面的氧化层；
S13：将所述铸锭进行熔融纺丝，得到非晶铂合金。
在惰性气氛围下进行步骤S11的目的是，避免氧化现象，防止合金异质成核生长。
步骤S12去除所述铸锭表面的氧化层的目的是，减少氧化物，防止合金异质成核生长。
去除氧化层成功的标志为表面光滑洁净、反光性良好。去除氧化层可以通过本领域的常规方法实施，例如使用砂纸打磨。
本申请制备得到的非晶铂合金，含有大量的过渡金属，其价格低廉，使得所述非晶铂合金的成本较低；其多金属组分可以通过合金化效应提高催化性能，相比于传统结晶态合金催化剂，非晶合金内部缺少容易发生电化学腐蚀的结构缺陷，从而可以实现高达0.8V以上的耐氧化电位，在发生反极后也可以最大程度上减小性能衰减率，在高电位下不容易失效。因此其可以作为成本更低、耐久性更好的燃料电池的制备方法催化剂。
本申请通过在惰性气氛围下将过渡金属与铂制成铸锭，并去除氧化层，能够防止合金异质成核生长，进而得到非晶铂合金，其具有短程有序的优化结构，应用于燃料电池的制备方法中的氢氧化或氧还原反应催化剂时，具有比Pt/C催化剂更高的本征活性。同时由于非晶铂合金内部缺少容易发生电化学腐蚀的结构缺陷，从而具备了极强的耐氧化性能，应用于燃料电池的制备方法中的氢氧化或氧还原反应催化剂时，也具有比现有的Pt合金催化剂更优的耐高电位和抗反极性能，在高电位下不容易失效。
在本申请的一些实施例中，所述过渡金属包括镍、钴、钼、铌、锡、铁、锰中的至少一种。
上述金属属于较易获得的非贵金属，且容易与铂形成非晶合金。
在本申请的一些实施例中，所述过渡金属与所述铂的物质的量之比为1:（1~4）。
所述过渡金属与所述铂的物质的量之比限制为1:（1~4），有利于获得组织结构比较均一的非晶铂合金。铂的含量在50%以上，保证了其催化性能。
作为示例，所述过渡金属与所述铂的物质的量之比例如可以为1:1、1:2、1:3、1:4。
在本申请的一些实施例中，所述将过渡金属与铂在惰性气氛围下熔成铸锭，通过电弧熔化工艺进行。
所述惰性气为稀有气体。
容易理解，电弧熔化具有容易保持无氧环境的优点。
电弧熔化工艺进行时，首先抽真空，随后充入惰性气，保持好惰性气氛围后再开始通过电弧熔化所述过渡金属和铂。
在本申请的一些实施例中，所述电弧熔化在-0.1~0.05MPa的真空度下进行。
作为示例，所述电弧熔化可以在-0.1MPa、-0.05MPa、0MPa、0.05MPa的真空度下进行。
在本申请的一些实施例中，所述电弧熔化的温度比所述铸锭的熔点高出100~400℃。
作为示例，所述电弧熔化的温度比所述铸锭的熔点可以高出100℃、200℃、300℃、400℃。
在本申请的一些实施例中，所述熔融纺丝的纺丝速度为3000~10000 r·min -1。
作为示例，所述熔融纺丝的纺丝速度可以为3000 r·min -1、4000 r·min -1、5000 r·min -1、6000 r·min -1、7000 r·min -1、8000 r·min -1、9000 r·min -1、10000 r·min -1。
在本申请的一些实施例中，所述熔融纺丝的熔体温度控制为1800~2100℃。
作为示例，所述熔融纺丝的熔体温度控制可以为1800℃、1900℃、2000℃、2100℃。
在本申请的一些实施例中，所述熔融纺丝的真空度控制为-0.1~0.05MPa。
作为示例，所述熔融纺丝的真空度可以控制为-0.1MPa、-0.05MPa、0MPa、0.05MPa。
在本申请的一些实施例中，所述熔融纺丝得到的非晶铂合金为带状，其宽度为1~5 mm，厚度为20~40 um。
第二方面，本申请实施例提供一种燃料电池的制备方法，所述燃料电池的制备方法包括如下步骤：
S21：提供第一方面任一实施例所述的方法制备得到的非晶铂合金；
S22：将所述非晶铂合金处理成合金纳米颗粒；
S23：将所述合金纳米颗粒与碳载体混合，得到预混料；
S24：将所述预混料制成浆料后设置到质子交换膜上，形成催化层，所述催化层为阴极催化层或阳极催化层中的至少一层催化层；
S25：以具有所述催化层的质子交换膜为基底制备燃料电池。
容易理解，步骤S22中所述将所述非晶铂合金处理成合金纳米颗粒，处理的方法可以是本领域的常规方式，作为示例，可以是球磨。
容易理解，本领域技术人员可以采取本领域的常规技术手段将所述预混料制成浆料。作为示例，可以先预备异丙醇与水按1:1的体积比混合的混合液，再向所述预混料中加入所述混合液以制备浆料。
容易理解，将浆料设置到质子交换膜上的方法可以通过本领域的常规技术手段进行，例如可以是喷涂。
容易理解，所述浆料可以用于制备阴极催化层或阳极催化层，可以制备其中的一层，也可以既制备阴极催化层，也制备阳极催化层。
容易理解，本领域技术人员可以通过常规技术手段在具有所述催化层的质子交换膜的基础上进一步制备其它催化层、气体扩散层等制备膜电极，再将膜电极制备成燃料电池。
该燃料电池的制备方法是基于第一方面任一实施例所述的方法制备得到的非晶铂合金来实现，该燃料电池的制备方法的具体实施方式可参照上述实施例和本领域的公知常识，由于该燃料电池的制备方法采用了上述实施例的部分或全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照行业标准测定。若没有相应的行业标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
实施例1
本实施例提供一种非晶铂合金的制备方法，所述非晶铂合金的制备方法包括如下步骤：
Sa：提供真空电弧炉，将其抽真空后通入氩气；
Sb：将Pt、Ni、Nb以4：1：1的投料摩尔比加入所述真空电弧炉，进行电弧熔化，得到铸锭；
Sc：用砂纸打磨所述铸锭，直到其表面光滑洁净、反光性良好；
Sd：将所述铸锭进行熔融纺丝，得到非晶铂合金。
其中，所述电弧熔化在-0.1MPa的真空度下进行。
所述电弧熔化的温度为1900℃。
所述熔融纺丝的纺丝速度为3000 r·min -1。
所述熔融纺丝的熔体温度控制为1800℃。
所述熔融纺丝的真空度控制为-0.1MPa。
实施例2
本实施例提供一种非晶铂合金的制备方法，所述非晶铂合金的制备方法包括如下步骤：
Sa：提供真空电弧炉，将其抽真空后通入氩气；
Sb：将Pt、Fe、Ni以3：1：1的投料摩尔比加入所述真空电弧炉，进行电弧熔化，得到铸锭；
Sc：用砂纸打磨所述铸锭，直到其表面光滑洁净、反光性良好；
Sd：将所述铸锭进行熔融纺丝，得到非晶铂合金。
其中，所述电弧熔化在0.05MPa的真空度下进行。
所述电弧熔化的温度为1800℃。
所述熔融纺丝的纺丝速度为10000 r·min -1。
所述熔融纺丝的熔体温度控制为2100℃。
所述熔融纺丝的真空度控制为0.05MPa。
实施例3
本实施例提供一种非晶铂合金的制备方法，所述非晶铂合金的制备方法包括如下步骤：
Sa：提供真空电弧炉，将其抽真空后通入氩气；
Sb：将Pt、Mn、Nb以6：1：1的投料摩尔比加入所述真空电弧炉，进行电弧熔化，得到铸锭；
Sc：用砂纸打磨所述铸锭，直到其表面光滑洁净、反光性良好；
Sd：将所述铸锭进行熔融纺丝，得到非晶铂合金。
其中，所述电弧熔化在0.03MPa的真空度下进行。
所述电弧熔化的温度为2000℃。
所述熔融纺丝的纺丝速度为8000r·min -1。
所述熔融纺丝的熔体温度控制为2000℃。
所述熔融纺丝的真空度控制为0.4MPa。
相关实验及效果数据：
使用光学显微镜观察实施例1制备得到的非晶铂合金，获取的光学显微镜图像如图1。图1表明实施例1得到了微观上形状规整均一的带状非晶铂合金，其宽度约2mm。
对实施例1得到的非晶铂合金进行X射线粉末衍射(XRD)表征，得到的XRD图谱如图2所示。
由图2可以看到，实施例1得到的非晶铂合金的特征峰均呈现非晶“馒头峰”的特征，材料可确定为非晶态。
对实施例1得到的非晶铂合金进行ORR(氧还原)极化测试，得到ORR极化曲线如图3。
ORR性能测试的条件为：使用饱和甘汞电极（Hg/HgCl 2/饱和KCl溶液，SCE）作为参比电极，大面积Pt片或Pt丝作为对电极，O 2饱和的0.1mol/LHClO 4溶液作为电解质，与工作电极共同置于电解池中，组成三电极体系。首先对催化剂进行活化：保持电解池温度为常温（25℃），三电极体系通入N 2达到饱和状态并持续30min后，设定扫描范围为0.05V~1.10V（vs. RHE），扫描速率为200 mV/s，扫描200圈。活化后保持电解池内的温度为25℃，三电极体系通入O 2达到饱和状态并持续30min后，控制搅拌子转速为400rpm，设置扫描范围为1.10V~0.05V（vs. RHE），以10 mV/s的速度从高电位扫描至低电位。
图3表明，非晶铂合金的半波电位高达0.9 V，其整体的ORR电位处于较低水平，说明其具有优异的ORR活性和抗反极能力。
对实施例1得到的非晶铂合金进行HOR(氢氧化)极化测试，得到HOR极化曲线如图4。
HOR性能测试的条件为：使用银-氯化银电极（Ag/AgCl/饱和KCl溶液）作为参比电极，大面积Pt片/Pt丝作为对电极，H 2饱和的0.1mol/L HClO 4溶液作为电解质，和工作电极共同置于电解池中，组成三电极体系。首先对催化剂进行活化达到稳定测试状态：保持电解池温度为常温（25℃），三电极体系中通入H 2约30min达到饱和状态后并持续通入H 2，设定扫描范围为-0.05 V~0.2 V（vs. RHE），扫描速率为50 mV/s，扫描50圈。活化后保持电解池内的温度为25℃，三电极体系通入H 2达到饱和状态，并连续通入氢气，控制旋转圆盘电极转速1600rpm，设置扫描范围为-0.1V~0.9V（vs. RHE），以1mV/s的速度从低电位扫描至高电位。
图4表明，非晶铂合金的极限电流密度为2.4A/cm 2，在高达0.8V的电位下仍然未发生性能衰减，说明其具有优异的HOR活性。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。对于用“和/或”描述的三项以上的关联对象的关联关系，表示这三个关联对象可以单独存在任意一项，或者其中任意至少两项同时存在，例如，对于A，和/或B，和/或C，可以表示单独存在A、B、C中的任意一项，或者同时存在其中的任意两项，或者同时存在其中三项。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项（个）或复数项（个）的任意组合。例如，“ a, b, 或c中的至少一项（个）”，或，“a, b, 和c中的至少一项（个）”，均可以表示：a, b, c, a+b（即a和b）, a+c, b+c, 或a+b+c，其中a, b, c分别可以是单个，也可以是多个。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

  1. 一种非晶铂合金的制备方法，其特征在于，所述非晶铂合金的制备方法包括如下步骤：
    将过渡金属与铂在惰性气氛围下熔成铸锭；
    去除所述铸锭表面的氧化层；
    将所述铸锭进行熔融纺丝，得到非晶铂合金。
  2. 根据权利要求1所述的非晶铂合金的制备方法，其特征在于，所述过渡金属包括镍、钴、钼、铌、锡、铁、锰中的至少一种。
  3. 根据权利要求1所述的非晶铂合金的制备方法，其特征在于，所述过渡金属与所述铂的物质的量之比为1:（1~4）。
  4. 根据权利要求1所述的非晶铂合金的制备方法，其特征在于，所述将过渡金属与铂在惰性气氛围下熔成铸锭，通过电弧熔化工艺进行。
  5. 根据权利要求4所述的非晶铂合金的制备方法，其特征在于，所述电弧熔化在-0.1~0.05MPa的真空度下进行。
  6. 根据权利要求4所述的非晶铂合金的制备方法，其特征在于，所述电弧熔化的温度比所述铸锭的熔点高出100~400℃。
  7. 根据权利要求1所述的非晶铂合金的制备方法，其特征在于，所述熔融纺丝的纺丝速度为3000~10000 r·min -1 。
  8. 根据权利要求1所述的非晶铂合金的制备方法，其特征在于，所述熔融纺丝的熔体温度控制为1800~2100℃。
  9. 根据权利要求1所述的非晶铂合金的制备方法，其特征在于，所述熔融纺丝的真空度控制为-0.1~0.05MPa。
  10. 一种燃料电池的制备方法，其特征在于，所述燃料电池的制备方法包括如下步骤：
    提供权利要求1~9中任意一项所述的方法制备得到的非晶铂合金；
    将所述非晶铂合金处理成合金纳米颗粒；
    将所述合金纳米颗粒与碳载体混合，得到预混料；
    将所述预混料制成浆料后设置到质子交换膜上，形成催化层，所述催化层为阴极催化层或阳极催化层中的至少一层催化层；
    以具有所述催化层的质子交换膜为基底制备燃料电池。
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