[发明专利]一种直接甲醇燃料电池阳极催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池阳极催化剂技术领域，特别涉及一种直接甲醇燃料电池阳极催化剂及其制备方法。

背景技术

直接甲醇燃料电池(DMFC)以甲醇(CH₃OH)为负极反应物质，空气为正极反应物质。甲醇在电池负极催化剂的催化下氧化释放出电子，二氧化碳和质子(H⁺)。CO₂释放到大气当中，H⁺经质子交换膜到达电池正极，电子经外电路驱动负载做功。也流向电池正极，空气中的氧气在正极催化剂的催化下捕获经外电路抵达的电子并与来自交换膜的H⁺结合生成水。电池产生电流的同时，排除CO₂和H₂O。与以H₂为燃料的质子交换膜燃料电池相比，以甲醇为燃料的DMFC，由于甲醇的液体特征，便于贮存、体积比能量高，成为便携式电子设备和电动汽车最为青睐的化学电源。然而，和H₂-O₂燃料电池相比，DMFC的甲醇阳极氧化速度大大低于H₂的阳极氧化速度。提高甲醇阳极催化氧化的速度，是DMFC商业化的关键问题。

以碳粉末为载体的铂钌催化剂(PtRu/C)是最常见最为有效的甲醇氧化催化剂。中国发明专利CN1318873 A中公开了一种“质子交换膜燃料电池纳米电催化剂的制备方法”，其制备方法包括以下各步骤：以铂钌卤化合物水溶液为原料，其中铂/钌摩尔比为1∶0.2-1，用去离子水溶解于烧杯中，贵金属含量0.5-10g/l，加入活性炭进行吸附，用碱性溶液调整其PH值2.5-10.5，加二次蒸馏水配成悬浮液，搅拌，加热到56-65℃，用滴注方法加入相对贵金属摩尔数过量2.5-5倍的还原剂，保持温度继续搅拌1小时；温度降低到室温时将液体过滤，洗涤，直到其中无Cl^-时为止；在60-80℃下真空干燥，即得到活性炭载PtRu/C催化剂。其不足之处在于操作起来比较繁琐。

提高低温型燃料电池的电极反应速度，关键在于催化剂。催化剂必须具有表面积大、稳定性好、活性高、不易中毒等优点。目前，大多数燃料电池催化剂主要是碳担载铂催化剂(Pt/C)或铂合金催化剂。甲醇氧化的中间产物会使催化剂中毒，严重降低了电池的库仑效率和电压效率。为提高催化剂Pt的利用率，本发明提供了一种电池阳极催化剂，其制备工艺简单且催化CH₃OH氧化有高的催化活性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种直接甲醇燃料电池阳极催化剂，该催化剂对CH₃OH氧化有高催化活性。

本发明的另一目的在于提供一种上述直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法，该制备方法操作简单，成本低且可控性强。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种直接甲醇燃料电池阳极催化剂，是一种铂基复合催化剂，其基本结构式为Pt-WO₃。

一种制备上述直接甲醇燃料电池阳极催化剂的方法，其特征在于包括下述步骤：在一定浓度下的H₂SO₄、H₂PtCl₆和Na₂WO₄的混合溶胶中恒定一定电位在碳质材料上电沉积即可制得所述基本结构式为Pt-WO₃的铂基复合催化剂。

上述直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法具体可包括下述步骤：

(1)将摩尔比为1∶100～1∶20的氯铂酸与钨酸钠溶于浓度为1.5～3molL^-1的硫酸中，配成均匀的浅黄色溶胶。

(2)将碳质材料置于步骤(1)所配制的溶胶中，在-0.2～0.1V范围任设一电位值进行恒电位电沉积，即制得Pt-WO₃的铂基复合催化剂。

所述步骤(2)中电沉积时间的优选范围是1000～3000s。

所述步骤(2)中碳质材料包括：玻碳电极、纳米碳管、活性炭、乙炔黑、石墨等。

实现上述制备方法的温度控制在16～40℃范围效果比较好。此外，制备本直接甲醇燃料电池阳极催化剂的关键步骤是溶液的配制，每次电沉积催化剂所需溶液必需是新鲜配制的，否则溶液出现絮状沉淀无法制得性能好的催化剂。