[发明专利]一种直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于用电化学方法生产催化剂的技术领域和燃料电池领域，特别涉及到以铂为基础的直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法。

背景技术

直接甲醇燃料电池(DMFC)有独特的优越性，燃料来源丰富、价格低廉、甲醇易于运输和存储方便等，不需要重整器，无须将甲醇转变为氢源，利用在电极上直接氧化转变成电能，同时因其能量密度高、运行温度低，而在手提电源、电动汽车等领域具有广阔的发展前景。DMFC的关键材料之一是电极催化剂，其活性直接影响电池的性能。贵金属铂在低温(＜80℃)运行条件下，亦具有优异的催化性能，所以目前DMFC所用的电催化剂均以铂为主要成分。但由于铂资源有限，价格昂贵。同时在甲醇电化学氧化过程中，中间产物(如CO)在催化剂表面的强吸附与积累，易使催化剂中毒，从而降低了催化剂利用率。目前，采用一些金属氧化物，如WO₃、CeO₂等氧化物能够促进金属Pt对甲醇的电氧化，文献S.Jayaraman，T.F.Jaramillo，S.H.Baeck，E.W.McFarland，Synthesis and characterization of Pt-WO₃ as methanol oxidation catalysts for fuel cells，J.Phys.Chem.B，109(2005)22958-22966报道，在H₂PtCl₆液中添加WO₃制备出Pt-WO₃，对甲醇氧化电流仅为单位面积上几个毫安，且该方法过程不易精确控制。与此方法相比，在载体中氧化物研究较少，文献J.S.Wang，J.Y.Xi，Y.X.Bai，J.Sun，L.Q.Chen，W.T.Zhu，X.P.Qiu，Structural designing of Pt-CeO₂/CNTs for methanol electro-oxidation，J.Power sources，164(2007)555-560通过高聚物连接纳米管再沉积CeO₂，最后还原出Pt，过程繁琐，工序复杂。

发明内容

本发明提出将锡的氧化物与活性炭黑直接混合，通过调节氧化物、活性炭黑和质量百分比为5％的离子乳液体比例，以及采用脉冲电沉积方法，在低温条件下，制备出金属粒子高度分散、大小均匀且具有纳米尺度的高效催化剂，不仅大幅度提高催化剂的甲醇电氧化活性，而且制备过程操作简便。

本发明的制备过程包括以下步骤：

1、将活性炭黑在400～700℃空气气氛中加热20～70分钟，然后按照每毫升乙醇加入3～9毫克活性炭黑和1.5～4.5毫克SnO₂，将活性炭黑和SnO₂直接混合，置于乙醇中，再将含有活性炭黑和SnO₂的乙醇悬浊液与质量百分比为5％的离子乳液按体积比100∶2～100∶8制成混合溶液，将混合溶液超声波分散40～120分钟，形成碳浆；

2、按每平方厘米基体面积移取150～350μL碳浆，滴到石墨、碳纸或其它可导电的基体表面上，待乙醇蒸发完后，制得电沉积过程中所用的工作电极，将工作电极在45～85℃真空干燥4～14小时；

3、在预先配制0.5mol·L^-1H₂SO₄与0.5～2.0mmol·L^-1氯铂酸混合电解液中，将经过步骤2的工作电极作为阴极，铂电极作为阳极，饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，组成三电极体系，进行脉冲电沉积，电沉积的温度在20～40℃，脉冲电沉积电流密度为1～10.0mA/cm²、电流的通断时间比为1∶0.5～10。

脉冲电沉积前向电解液中通20～50min的氩气以消除溶液中溶解氧的影响，在进行脉冲电沉积的过程中，一直向电解液中通入氩气。在工作电极上将铂离子还原为金属铂，得到纳米级的铂催化剂。