[发明专利]一种制备直接醇类燃料电池用Pd基纳米催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及到直接醇类燃料电池用Pd基纳米催化剂的制备技术。

背景技术

直接甲醇燃料电池(DMFC)具有燃料来源丰富、储存与运输方便、低污染、高能量密度、高能量转换效率、对价格的承受力较高等优点，适合作为便携式电源，因而可率先商业化。但经过多年来对DMFC的研究，发现DMFC还存在以下一些技术问题：(1)阳极催化剂对燃料甲醇的电催化活性较低，而且易被甲醇氧化的中间产物所毒化；(2)甲醇有毒、易燃等；(3)甲醇易透过Nafion膜，导致甲醇的浪费和阴极的“混合电位”效应，使电池性能大大降低。针对甲醇的透过问题，人们广泛开展了抗甲醇氧还原电催化剂的研究。由于Pd较Pt来源丰富、价格便宜，且在酸性介质中对甲醇的吸附和氧化呈非活性，同时还具有较好的稳定性，因此近5年来，国内外已有多个组进行钯合金电催化氧还原反应(ORR)的研究。研究结果表明：在酸性介质中，Pd-Co/C、Pd-Ni/C电催化ORR的活性与Pt/C还有一定的差距，Pd-Fe/C、Pd-Co-Au/C、Pd-Co-Mo/C则具有和Pt/C同等的ORR活性或优于Pt/C；但在含甲醇的介质中Pd基合金电催化剂均具有很高的抗甲醇能力，电催化ORR的活性显著高于Pt/C。因此，Pd基合金是有很好应用前景的、且高抗甲醇的ORR电催化剂。同时，由于DMFC还存在上述技术难题，因此人们探索替代燃料甲醇的新型燃料电池。

在众多替代燃料的燃料电池中，直接甲酸燃料电池(DFAFC)具有以下诸多优点：(1)与甲醇相比，甲酸具有更高的电化学活性，当使用Pd作为催化剂时，甲酸氧化不产生中间产物，不会导致催化剂的中毒；(2)甲酸无毒、不易燃，存储和运输安全方便；(3甲酸对Nafion膜的渗透率只有甲醇的1/5；(4)甲酸的最佳工作浓度为约15mol/L，而甲醇仅为约2mol/L；(5)在较低的温度下，DFAFC就可以产生很大的输出功率密度，而且甲酸工作浓度较高，不易结冰，因此DFAFC适合于室温和低温下作为微小型移动式电源使用。所以DFAFC很有希望替代DMFC。目前，研究较多的DFAFC阳极催化剂主要为Pd基纳米催化剂。但研究发现Pd对甲酸氧化有非常高的催化活性，而且Pd较Pt便宜，这有利于DFAFC成本的降低，因此，高性能、相对低的价格的纳米Pd基催化剂的研制有助于推动DFAFC产业化进程。

发明内容

本发明的目的就是为了克服和解决现有技术问题，提供一种成本低廉、工艺流程简单快捷、过程易于控制的制备直接醇类燃料电池用Pd基纳米催化剂的方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种制备直接醇类燃料电池用Pd基纳米催化剂的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

A、将碳载体加入多元醇中或将碳载体与稳定剂一起加入多元醇中，分散均匀得含碳浆液；

B、将钯前驱体和金属添加物前驱体加入分散均匀的含碳浆液中；

C、将获得的浆液在125～198℃下油浴还原2～10h；

D、将浆液冷至室温，然后抽滤，反复超纯水洗，再置于烘箱中真空干燥，得Pd基催化剂。

优选地是，在步骤D后还包括步骤E，将步骤D得到的Pd基纳米催化剂在氮气与氢气的混合气体中热处理0.5～4h。

优选地是，所述的碳载体选自活性碳XC-72R或活性碳XC-72。

优选地是，所述的多元醇为C₂～C₆的多元醇。

更优选地是，所述的多元醇为乙二醇。

优选地是，所述的稳定剂为柠檬酸钠。

优选地是，所述的钯前驱体为乙酰丙酮钯。

优选地是，金属添加物前驱体为铂盐或过渡金属盐。

优选地是，所述的过渡金属盐为铜、镍、钴的氯化物、硫酸盐或硝酸盐。

优选地是，所述的铂盐为乙酰丙酮铂。

本发明中所述的Pt(acac)₂为乙酰丙酮铂；Pd(acac)₂为乙酰丙酮钯。

本发明通过乙二醇还原直接制备或通过乙二醇还原后进一步热处理得到Pd基纳米催化剂，是一种制备过程简单、便于操作、流程短、回收率高、环境友好的制备技术。本发明制备的Pd/C具有电催化氧化甲酸活性高，Pd-Pt/C合金纳米粒子具有电催化ORR活性高、抗甲醇能力强、稳定性好的特点，因此本发明制备的Pd基纳米化剂可用作DMFC的阴极催化剂和DFAFC的阳极催化剂。

附图说明