[发明专利]直接醇类燃料电池阳极催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阳极用催化剂的制备方法。

背景技术

直接醇类燃料电池(DMFC或DAFC)直接以甲醇或乙醇为燃料，目前该类燃料电池在基础研究领域亟待解决两个问题：一是研究开发阻止或降低醇类渗透能力的新型质子交换膜，二是提高电极催化剂活性。直接醇类燃料电池在低温下甲醇或乙醇的电氧化活性不高，极化严重，是其效率损失的主要原因，需进一步提高醇类阳极电催化剂的活性。当前研究的直接醇类燃料电池的阳极催化剂主要是贵金属含量较高的二元铂合金，主要有以碳(C)为载体的铂-钌(Pt-Ru)、铂-钼(Pt-Mo)、铂-锡(Pt-Sn)和铂-钨(Pt-W)等，其中Pt-Ru/C二元催化剂是公认的具有较好的抗CO中毒的能力和较高的甲醇电催化氧化的能力，在直接甲醇燃料电池中已经得到了广泛的应用，但Pt-Ru/C对乙醇的电催化氧化性能不高，并且Pt催化剂价格昂贵，资源有限，从而造成直接醇类燃料电池价格昂贵，难以实行商品化。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有Pt催化剂价格昂贵，资源有限的问题，提供了一种直接醇类燃料电池用阳极催化剂的制备方法。

本发明直接醇类燃料电池阳极催化剂的制备方法的步骤如下：一、在60～200℃，臭氧浓度为20～70mg/L的臭氧处理器中，将多壁碳纳米管与臭氧的重量比为14～250∶1的经过高温石墨化处理后的多壁碳纳米管恒温处理2～10min；然后将处理后的多壁碳纳米管加入到体积比为5～10∶1的有机小分子醇与超纯水的混合溶液中，得到多壁碳纳米管浓度为500～1000mg/L的溶液；二、将按摩尔份数由3～8份的Pt化合物前驱体、2～6份的Ni化合物前驱体和1～5份的Pb化合物前驱体组成的化合物前驱体，加入到步骤一制备的溶液中，使金属单质在碳载体上的载量为20％～50％，调节pH值至4～12；三、将步骤二中的溶液在反应釜中加入还原剂与还原金属重量比为2～10∶1的还原剂，在温度为80～180℃，压力为常压至2MPa的条件下还原3～20小时；四、用超纯水将还原后的产物洗涤3～5次，在90～150℃的真空条件下干燥2～6小时，即制得直接醇类燃料电池阳极催化剂。

本发明步骤一中所述的有机小分子醇是乙醇、乙二醇或异丙醇中的一种；步骤二中所述的Pt化合物前驱体为Pt(NH₃)₂(NO₂)₂、Pt(NH₃)₄Cl₂、H₂PtCl₆、CH₃CHOOPt或Na₆Pt(SO₃)₄；所述的Ni化合物前驱体为Ni(NO)(NO₂)、Ni(NO₃)₂、CH₃CHOONi或NiCl₂；所述的Pb化合物前驱体为Pb(NO₃)₂、CH₃CHOOPb或PbCl₂；步骤二中用氢氧化钠-乙酸钠或氢氧化钠-柠檬酸三钠调节溶液的pH值；步骤三中所述的还原剂为NaBH₄、KBH₄、乙二醇或乙醇。

本发明减少了贵金属的用量，节约了资源，降低了燃料电池的生产成本，从而实现了直接醇类燃料电池的实用化和产业化。本发明制备的直接醇类燃料电池阳极催化剂的颗粒尺寸为3～5nm，具有60～100m²/g的电化学比表面积；将其用于直接醇类燃料电池，从图1-2体现出本发明方法能提高催化剂抗CO中毒的能力，通过图1-5能够看出直接醇类燃料电池阳极催化剂对醇类电催化氧化具有高活性，通过图6比较得出，在相同电位的条件下本发明制备的直接醇类燃料电池阳极催化剂比相同工艺制备的Pt-Ni/MCNTs催化剂电流密度可提高2～5mA/cm²。

附图说明