本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池用炭载铂铜合金催化剂的制备方法。
背景技术：
1、传统化石能源的使用造成了大量co2的排放，由于co2排放所造成的温室效应，致使了全球变暖、极地冰川融化、海平面上升等一系列问题。氢能作为可再生能源的一种，其反应产物为对于环境友好的水，且其质量能量密度高达33600w·h/kg，拥有代替传统化石能源的巨大潜力。燃料电池是一种通过将燃料和氧化剂化学能通过电极反应直接转化为电能的装置，由于其不受制于卡诺循环的限制，能量的转化效率约为60％～80％，为目前传统内燃机的2～3倍；其还具有噪声小、对于环境污染少等特点，在运输、发电、储能等领域有着巨大的潜能。此外，由于在燃料电池中hor反应的速度远远大于orr反应，且低电流密度区域的电压几乎由阴极中氧还原反应(orr)的催化活性决定，因此阴极催化剂的orr性能对于燃料电池的性能有着决定性的影响。
2、目前，常用的催化剂为铂炭催化剂，相比于其他金属单质，铂有着最好的催化性能，但是依据金属orr活性与o结合能的关系，铂的催化性能仍然有提升空间。上世纪80年代左右，研究人员发现，当铂与过渡金属形成合金时，不但可以减少铂的用量，而且可以提升催化剂的orr性能。目前常用于制备铂基合金催化剂的方法主要有：电化学法、模板法、溶剂热法。电化学制备纳米晶体的方法，是通过在催化剂前驱体盐中外加电流，使催化剂离子在阴极沉积。这种方法简单便捷、快速、产量大，具有良好重现性，但需要电化学设备和相应的条件(吕晓猛，赵梦源，华绍春，等.脉冲电沉积法制备双贵金属催化剂及其电化学性能研究[j].表面技术，2024，53(06)：206-213.)。模板法是一种有效制备不同形貌纳米材料的有效方法，一些特殊形貌的纳米材料，纳米线、纳米带、纳米管等，都可以通过模板法合成，但是也存在模板难以去除、工艺流程复杂等问题(果月玲.聚吡咯改性炭载体负载pt3cu催化剂的制备及性能研究[d].北京化工大学，2023.)。溶剂热法是指将两种及两种以上材料的前躯体盐在有机溶剂中同时还原并复合在一起形成纳米催化剂材料，此方法工艺流程简单，产物的粒径的大小、形态便于控制、产物的分散性较好，催化剂的orr活性高。但是，生产成本高昂，不便于工业化生产(lu b.a.，sheng t.，tian n.，etc.octahedral ptcu alloynanocrystals with high performance for oxygen reduction reaction and theirenhanced stability by trace au[j].nano energy，2017，33：65-71.)。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电化学性能优良的质子交换膜燃料电池用炭载铂铜合金催化剂的制备方法。
2、质子交换膜燃料电池用炭载铂铜合金催化剂的制备方法，具体的工艺过程如下：
3、a.炭载氧化亚铜的制备
4、将金属铜盐完全溶解于纯水中，控制溶液中铜的浓度为0.35～2g/l，再将炭载体加入上述溶液中，控制炭载体的质量与铜的质量之比为2～4.5∶1，一次搅拌浸渍4～6h后，继续超声搅拌30min～120min，得到含铜前驱体混合溶液；
5、向含铜前驱体混合溶液中，滴加浓度为5～20g/l的氢氧化钠溶液，调节混合溶液ph为10～13，陈化20min～60min后，按照混合溶液中还原剂与铜的质量比为0.4～2.5∶1加入还原剂，升高温度至70～90℃后，反应15～60min，过滤烘干，得到炭载氧化亚铜颗粒；b.炭载铂铜合金催化剂的制备
6、配置铂浓度为0.50～1.5g/l的铂溶液，使用浓度为20～40g/l氢氧化钠溶液将铂溶液ph调节为1.5～5.0，然后将炭载氧化亚铜颗粒加入铂溶液中，得到含铂混合液，其中需控制含铂混合液中cu和pt的摩尔比为1～3∶1，二次搅拌浸渍4～10h，超声30～120min；超声完成后，使用浓度为20～40g/l的氢氧化钠溶液将含铂混合液ph调节至5.5～8.0，接着将调整后的含铂混合液置于反应釜内，向反应釜内通入氩气，赶尽反应釜内氧气后，加热升温至80-110℃，开始向反应釜内通入氢气，控制反应釜内氢气分压为0.5～1mpa，并以200-350rpm的速率搅拌溶液90-120min后，停止加热和搅拌，待反应釜内温度降低至50℃以下时，停止通入氢气并向反应釜内通入氩气置换氢气，当氢气被置换完全后，固液分离，醇洗、干燥，获得炭载铂铜合金催化剂。
7、所述的铂盐为硝酸铂；铜盐为三水硝酸铜、二水合氯化铜、五水硫酸铜中的至少一种；炭载体为ecp600jd、ec600jd、xc-72中的至少一种；所述还原剂为抗坏血酸、葡萄糖中的至少一种；所述的氢氧化钠、抗坏血酸、葡萄糖为分析纯试剂。所述的氢气纯度不小于99.99％；所述氩气纯度不小于99.99％。
8、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明制备的炭载铂铜合金催化剂，铂的利用率相较于市面上流行的铂炭催化剂更高，可以实现市面上流行的铂炭催化剂中部分铂的替代，降低了催化剂制备成本；本发明利用氧化亚铜作为牺牲模板，所制备的铂铜纳米合金具有良好的分散性，通过控制氧化亚铜模板的形貌，可以实现铂铜合金高催化活性晶面的暴露，电化学性能明显优于市面上流行的铂炭催化剂，其质量活性可达到0.6a·mgpt-1及以上，为目前市面上流行铂炭催化剂的2.7倍以上；通过在炭载氧化亚铜颗粒上负载铂，可实现铂在铜上的包覆，增加催化剂的稳定性和耐久性；本发明还原过程不会引入杂质元素，避免了杂质对于催化剂活性位点的遮蔽。
1.一种质子交换膜燃料电池用炭载铂铜合金催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种质子交换膜燃料电池用炭载铂铜合金催化剂的制备方法，其特征在于：所述的铜盐为三水硝酸铜、二水合氯化铜、五水硫酸铜中的至少一种。
3.根据权利要求1所述一种质子交换膜燃料电池用炭载铂铜合金催化剂的制备方法，其特征在于：所述的铂盐为硝酸铂。
4.根据权利要求1所述一种质子交换膜燃料电池用炭载铂铜合金催化剂的制备方法，其特征在于：炭载体为ecp600jd、ec600jd、xc-72中的至少一种。
5.根据权利要求1所述一种质子交换膜燃料电池用炭载铂铜合金催化剂的制备方法其特征在于：所述还原剂为抗坏血酸、葡萄糖中的至少一种。
6.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池用炭载铂铜合金催化剂的制备方法，其特征在于：所述的氢氧化钠为分析纯试剂。
7.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池用炭载铂铜合金催化剂的制备方法，其特征在于：所述的抗坏血酸、葡萄糖为分析纯试剂。
8.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池用炭载铂铜合金催化剂的制备方法，其特征在于：所述的氢气纯度不小于99.99％；所述氩气纯度不小于99.99％。
