[发明专利]一种改性Pt基燃料电池催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种改性Pt基燃料电池催化剂及其制备方法。

背景技术

燃料电池是通过电化学反应将化学能直接转化为电能的一种装置。1839年，Gove首次提出了燃料电池的概念。它作为一种高效无污染的能量转换装置近年来得到了越来越多的关注。目前，投入生产和使用的燃料电池主要有以下几类：质子交换膜燃料电池(PEMFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)。而其中又以质子交换膜燃料电池的应用最为广泛。

目前，在质子交换膜燃料电池领域中，除了使用氢氧燃料的质子交换膜燃料电池得到广泛研究和使用以外，研究者还将目光转向了有机小分子比如甲醇、甲酸等作为燃料的质子交换膜燃料电池。直接甲醇燃料电池(DMFCs)是非常有应用前景的电化学能量转换器。直接甲醇燃料电池构造系统简单，对环境污染小，具有很高的比能量。目前，直接甲醇燃料电池的实际应用依然是个问题。因为传统阳极催化剂会发生CO中间产物中毒从而导致其催化活性降低，甲醇氧化的动力学很差。

杂多酸因其特殊的分子结构和电子多样性，得到了广泛的应用如在工业催化领域有相应的专利报道02100237.1，03108171.1，02123293.8，95106375.8.在电化学催化领域；本发明人考虑用杂多酸修饰的Pt基催化剂在催化甲醇电氧化时具有大的交换电流密度和很好的循环性能。因此，将杂多酸和Pt基催化剂相结合也非常有利于促进CO在低电位下的电氧化，从而提高Pt基催化剂对甲醇的电催化氧化性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种改性Pt基燃料电池催化剂及其制备方法，该制备方法简单易操作，制备过程条件可控，节能环保。制备的催化剂能够降低氧化反应中间产物对Pt基催化剂的毒化从而提高对甲醇的电催化氧化性能。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种改性Pt基燃料电池催化剂，包括：

Pt基催化剂；

杂多酸修饰剂，通过电化学法或物理吸附法吸附在所述Pt基催化剂表面。

优选的，所述杂多酸的通式为H_mXY₁₂O₄₀；其中m＝3，4，5，X为中心配位原子，Y为多酸原子。

优选的，所述含Pt的催化剂为负载在碳材料上的Pt基催化剂，所述碳材料包括：碳纳米管，活性碳或碳纤维；所述Pt基催化剂为Pt或Pt与其它金属形成的合金。

本发明还提供了一种所述的改性Pt基燃料电池催化剂的制备方法，包括：

将含Pt基催化剂分散在杂多酸溶液中，得到悬浮液；

将所述悬浮液过滤，除去滤液，将滤饼干燥后得到改性Pt基燃料电池催化剂。

优选的，在得到悬浮液之后还包括，将所述悬浮液继续搅拌5～48h。

优选的，所述杂多酸溶液的浓度为5-100mg ml^-1。

本发明还提供了一种所述的改性Pt基燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，包括：

将Pt基催化剂以玻碳电极为基底制成催化剂电极；

将所述催化剂电极在杂多酸溶液里进行电化学循环伏安扫描，至电化学行为稳定，在所述电极表面得到改性Pt基催化剂。

优选的，所述扫描的电动势为-0.2～1.0V。

优选的，所述杂多酸溶液的浓度为5-100mg ml^-1。

本发明提供的改性Pt基燃料电池催化剂，包括：Pt基催化剂；杂多酸修饰剂，通过电化学法或物理吸附法吸附在所述Pt基催化剂表面。由于在所述Pt基催化剂表面修饰了杂多酸，而杂多酸具有很强的催化能力，能够催化燃料电池反应过程中产生的CO等中间产物继续反应，从而避免了CO等中间产物毒化催化剂。另外，由于杂多酸中含有多种金属原子，能够提高催化剂的催化性能，提高Pt基催化剂对甲醇的催化氧化效率。

本发明提供了改性Pt基燃料电池催化剂的制备方法，第一种是物理吸附法，将Pt基催化剂分散在杂多酸溶液中，通过催化剂本身的多孔性质进行吸附杂多酸分子，经过充分浸渍后，过滤，除去滤液，将滤饼干燥得到改性催化剂；另一种是将Pt基催化剂制成催化剂墨水，然后滴加在玻碳电极上，制备成催化剂电极，然后将所述电极在杂多酸溶液中进行电化学扫描，通过电荷的作用，使杂多酸分子吸附在电极表面，从而得到改性催化剂电极。本发明提供的两种制备方法操作简单，过程不适用有机溶剂等有害物质，环保安全。

附图说明