质子交换膜燃料电池抗反极氮碳载体催化剂及其制备方法与流程

技术特征：
1.一种质子交换膜燃料电池抗反极氮碳载体催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a、将过渡金属盐、氮源和碳源溶于第一分散剂中，得到掺氮金属有机骨架；b、将所述掺氮金属有机骨架与复合造孔剂溶于第二分散剂，混合搅拌，经干燥后置于第一烧结气氛中进行烧结处理，得到载体多孔金属氮碳材料，其中，所述复合造孔剂包括第一造孔剂和第二造孔剂，所述第一造孔剂包括氯化铵、碳酸铵、硫酸铵、碳酸氢铵中的至少一种；第二造孔剂包括氯化钠、氯化钾、氯化锂、氯化铷、氯化铯、硫酸钠、硫酸钾、硫酸锂、硫酸铷、硫酸铯、硝酸铷、硝酸铯、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸铷、碳酸铯中的至少一种；c、将所述多孔金属氮碳材料和贵金属前驱体加入第三分散剂中进行加热处理，干燥后，置于第二烧结气氛进行烧结处理，制得抗反极催化剂。2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池抗反极氮碳载体催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，所述过渡金属盐包括钴盐、镍盐、锰盐、铜盐、锌盐和铁盐中的至少一种；所述氮源包括2-甲基咪唑、三亚乙基二胺、壳聚糖、双氰胺、甲酰胺、尿素、吡咯中的至少一种；所述碳源包括均苯三甲酸、对苯二甲酸、葡萄糖、硫脲、植酸中的至少一种。3.根据权利要求2所述的质子交换膜燃料电池抗反极氮碳载体催化剂的制备方法，其特征在于，所述过渡金属盐包括硝酸钴、乙酰丙酮钴、钴钛菁、氯化钴、硝酸镍、乙酰丙酮镍、镍钛菁、氯化镍、硝酸锰、乙酰丙酮锰、氯化锰、硝酸铜、乙酰丙酮铜、氯化铜、硝酸锌、氯化锌、氯化铁、硝酸铁、乙酰丙酮铁、铁钛菁中的至少一种。4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池抗反极氮碳载体催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，所述第一造孔剂和第二造孔剂的质量比为1:1-1:20；所述掺氮金属有机骨架与复合造孔剂的质量比1:0.1-1:20。5.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池抗反极氮碳载体催化剂的制备方法，其特征在于，所述第一分散剂包括甲醇、异丙醇、苯甲醇、乙醇、n,n-二甲基甲酰胺、甲酰胺、水中的至少一种；所述第二分散剂包括水、异丙醇、甲醇、丙酮、乙醇中的至少一种；所述第三分散剂包括水、甲醇、乙醇、苯甲醇、异丙醇、乙二醇中的至少一种。6.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池抗反极氮碳载体催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤c中，所述贵金属前驱体包括铱前驱体和钌前驱体中的至少一种。7.根据权利要求6所述的质子交换膜燃料电池抗反极氮碳载体催化剂的制备方法，其特征在于，所述贵金属前驱体包括氯铱酸、氯化铱、氯铱酸铵、乙酰丙酮铱、氯铱酸钠、氯亚铱酸铵、氯亚铱酸钾、氯铱酸钾、氯化钌、氯钌酸铵、亚硝酰基硝酸钌、乙酰丙酮钌、氯钌酸钾中的至少一种。8.根据权利要求6所述的质子交换膜燃料电池抗反极氮碳载体催化剂的制备方法，其特征在于，所述贵金属前驱体中含铱前驱体和含钌前驱体的摩尔比为0.1:4-4:0。9.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池抗反极氮碳载体催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，所述第一烧结气氛包括氮气、氩气、氢气中的至少一种，所述第一烧结温度为800-1100℃，烧结时间为0.5-8小时；所述步骤c中，所述第二烧结气氛包括氮气、氩气、氢气中的至少一种，所述第二烧结温度为150-800℃，烧结时间为0.5-8小时。10.根据权利要求1或9所述的质子交换膜燃料电池抗反极氮碳载体催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，在烧结得到多孔金属氮碳材料后还包括酸洗和水洗步骤：将
所述多孔金属氮碳材料用超纯水洗涤，之后将其放入30-95℃酸性水基溶液内分散并搅拌6-48小时，用超纯水再次洗涤至滤液的ph值为中性，进行干燥处理；其中，所述酸性水基溶液包括硫酸、硝酸、甲酸、盐酸、高氯酸水溶液中的至少一种，所述酸性水基溶液的ph值小于等于2；所述步骤c中，在第二烧结气氛烧结处理后，还包括第三烧结气氛烧结处理，烧结温度为150-600℃，烧结时间为0.5-6小时，所述第三烧结气氛包括氮气、氩气、空气、氢气、氧气中的至少一种。11.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池抗反极氮碳载体催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，所述混合搅拌温度为25-90℃；所述步骤c中，所述加热温度为25-180℃，加热时间为0.5-36小时，优选地，当所述加热处理温度为25-80℃时，加热时间为8-24小时；当所述加热处理温度为80-160℃时，加热时间为4-8小时；当所述加热处理温度为160-180℃时，加热时间为2-4小时。12.一种质子交换膜燃料电池抗反极氮碳载体催化剂，其特征在于，采用权利要求1-11中任一项所述的方法制得。13.根据权利要求12所述的质子交换膜燃料电池抗反极氮碳载体催化剂，其特征在于，所述载体多孔金属氮碳材料为笼状结构。14.根据权利要求12所述的质子交换膜燃料电池抗反极氮碳载体催化剂，其特征在于，所述载体多孔金属氮碳材料的孔径为3-8nm，孔容为0.5-2cm3/g。15.根据权利要求12所述的质子交换膜燃料电池抗反极氮碳载体催化剂，其特征在于，所述载体中氮含量为0.1-20wt％。16.根据权利要求12所述的质子交换膜燃料电池抗反极氮碳载体催化剂，其特征在于，所述催化剂中贵金属化合物的粒径为1-6nm。17.根据权利要求12所述的质子交换膜燃料电池抗反极氮碳载体催化剂，其特征在于，所述载体中过渡金属含量为0.1-5wt％。

技术总结
本发明公开了一种质子交换膜燃料电池抗反极氮碳载体催化剂的制备方法，包括如下步骤：a、将过渡金属盐、氮源和碳源溶于第一分散剂中，得到掺氮金属有机骨架；b、将所述掺氮金属有机骨架与复合造孔剂溶于第二分散剂，混合搅拌，经干燥后置于第一烧结气氛中进行烧结处理，得到载体多孔金属氮碳材料；c、将所述多孔金属氮碳材料和贵金属前驱体加入第三分散剂中进行加热处理，干燥后，置于第二烧结气氛进行烧结处理，制得抗反极催化剂。本发明的制备方法，能够有效抑制铱基化合物的迁移和团聚，提升了催化剂的稳定性，使催化剂具有高活性和高稳定性的优异性能。高稳定性的优异性能。高稳定性的优异性能。


技术研发人员：陈立刚 赵维 刘敏 张纪廷 王晓冉 柴茂荣
受保护的技术使用者：国家电投集团氢能科技发展有限公司
技术研发日：2022.04.26
技术公布日：2022/7/29