[发明专利]一种直接甲醇燃料电池的阳极催化剂Pt/C及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别涉及一种用于直接甲醇燃料电池的阳极催化剂Pt/C及其制备方法。

背景技术

直接甲醇燃料电池(DMFC)具有能量转换效率高、环境污染小，并且燃料来源广等优点，是一种理想的清洁能源。然而，DMFC在实际应用中仍存在着一些问题，制约了其商业化发展。目前，Pt/C是DMFC阳极甲醇氧化反应的一种理想催化剂。但是，铂价格昂贵，所以必须在不降低催化活性的前提下，降低铂的载量和减小铂的粒径，并且使铂能够均匀地负载在碳载体上。

制备Pt/C催化剂有很多种方法，如浸渍法，有机醇解法，电沉积法，和胶体法等。浸渍法能将铂很好地均匀负载在碳载体上，但是该法制得的铂颗粒粒径分布过宽，从而降低了Pt/C催化剂的活性。研究表明，用表面活性剂做稳定剂，利用空间位阻和静电效应的影响，能够制得粒径较小的铂颗粒。由于制备完成后，表面活性剂除去困难，所得铂的载量也低，因此，寻找一种容易洗涤且除去的表面活性剂显得十分必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种Pt颗粒尺寸小，高分散的用于直接甲醇燃料电池的阳极催化剂Pt/C的制备方法。

本发明的另一个目的在于提供一种上述方法制备的用于直接甲醇燃料电池的阳极催化剂Pt/C。

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的阳极催化剂Pt/C的制备方法，包括下述步骤：

(1)将催化剂载体活性炭进行羟基官能团功能化处理；

(2)Pt水溶胶的制备：将含有羟基和醚键的非离子表面活性剂加入到H₂PtCl₆水溶液中，搅拌1-3小时后，加入NaBH₄，继续搅拌1-3小时，生成Pt水溶胶；

(3)将步骤(1)中处理后的催化剂载体溶于醇溶剂中，超声10-30分钟，振荡均匀，搅拌0.5-3小时，将步骤(2)得到的Pt水溶胶滴加到催化剂载体醇溶液中，搅拌6～48小时后，将该混合液过滤，洗涤，产物在60℃下干燥2～6小时，即得直接甲醇燃料电池的阳极催化剂Pt/C。

所述步骤(1)中的催化剂载体为碳-72。

所述步骤(1)中活性炭羟基官能团功能化处理包括下述步骤：在质量浓度30％H₂O₂溶液中，加入活性炭，活性炭与H₂O₂的质量体积比为(300～500)mg∶(100～500)ml，先搅拌1～5分钟，然后在60～80℃下超声0.5-6小时后，过滤用去离子水和无水乙醇洗涤至滤液为中性，最后在80～100℃干燥2～6小时，得到羟基官能团功能化处理后的活性炭。

所述步骤(2)中含有羟基和醚键的非离子表面活性剂为三嵌段共聚物(EO)₂₀-(PO)₇₀-(EO)₂₀，(别名P123)，聚氧乙烯山梨醇单月桂酸酯(别名Tween-20)和聚氧乙烯(23)月桂醚(别名Brij-35)，所述三嵌段共聚物(EO)₂₀-(PO)₇₀-(EO)₂₀，聚氧乙烯山梨醇单月桂酸酯、聚氧乙烯(23)月桂醚与H₂PtCl₆质量体积比为(0.01～0.1g)∶(0.005～0.5g)∶(0.005～0.5g)∶(25～50)ml。

所述步骤(2)中H₂PtCl₆溶液浓度为1.93～19.3mmol/L，NaBH₄溶液的浓度为0.01～0.3mol/L，H₂PtCl₆与NaBH₄物质的量之比为1∶(1～10)。

所述步骤(3)中醇溶剂为甲醇、乙醇或正丁醇。

所述步骤(3)中催化剂载体与醇溶剂的质量体积比为50mg∶(20～100)ml。

所述步骤(3)中所述的洗涤是用温度为60～80℃的去离子水、无水乙醇、去离子水轮流洗涤。

一种由上述方法制得的直接甲醇燃料电池的阳极催化剂Pt/C，铂颗粒粒径小且在碳载体表面分布均匀，对甲醇的电催化活性是传统浸渍法所制得的Pt/C的两倍，氧化电流相比于用传统法制得的Pt/C上的氧化电流始终保持较大的值。