[发明专利]一种甲醇燃料电池阳极材料催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是一种甲醇燃料电池阳极材料催化剂及制备方法。

背景技术

甲醇燃料电池由于其具有比能量密度大，能量转换率高，操作温度低以及近污染零排放等特性而受到人们青睐。但它的成本高，催化活性和持久性还不能满足商业化的需求。在过去几十年，甲醇燃料电池技术已经有了很大的提高。但开发高活性的、长寿命，低成本的阳极电催化剂依然是一项长期工作。

现有的甲醇燃料电池中的阳极催化剂普遍采用铂/碳复合材料，其中，铂是负载在碳材料的表面上。甲醇的氧化发生在铂金属的表面。由于该反应过程涉及到多个电子的转移，这使得甲醇的电化学氧化过程非常迟缓。而且，由于反应过程中产生的中间产物主要是一氧化碳，容易造成催化剂中毒，并使得铂的活性降低，造成甲醇燃料电池能量转换率低的缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对现有的甲醇燃料电池中的阳极催化剂所存在对甲醇的催化氧化效率不高，铂易中毒的不足之处，提供的一种对甲醇有极好的电化学催化活性和抗CO中毒能力的甲醇燃料电池阳极材料催化剂及其制备方法。

本发明一种甲醇燃料电池阳极材料催化剂，该催化剂为磷钼酸铂铱碳纳米管复合材料，是由磷钼酸（H₃PMo₁₂O₄₀，PMo）、多壁碳纳米管（MWCNT）和铂铱合金纳米粒子（PtIr）组成，其组成表示为PMo/PtIr/MWCNT；其中，甲醇燃料电池阳极材料催化剂的组份的重量配比为：磷钼酸∶多壁碳纳米管∶铂铱合金纳米粒子为1～5份∶80～90份∶10～20份。

制备甲醇燃料电池阳极材料催化剂的原料采用铱的氯化物、铂的氯化物、多壁碳纳米管、磷钼酸、乙二醇和水，其中，制备甲醇燃料电池阳极材料催化剂原料的重量配比为：铱的氯化物∶铂的氯化物∶多壁碳纳米管∶磷钼酸∶乙二醇∶水为1～3份∶5～11份∶4～6份∶4～6份∶1000～20000份∶1000～20000份。

甲醇燃料电池阳极材料催化剂的制备方法是：将多壁碳纳米管在去离子水中超声分散，加入双氧水到多壁碳纳米管分散液中煮沸，冷却后，加入浓盐酸回流，离心过滤，收集沉淀，并用去离子水洗涤沉淀，至滤液为中性，沉淀在真空干燥，得到纯化的多壁碳纳米管；再将纯化的多壁碳纳米管与磷钼酸和去离子水加入锥形瓶中，进行超声分散；然后在该锥形瓶中加入铱的氯化物、铂的氯化物和乙二醇，经超声分散后，将该锥形瓶中溶液倒入带有磁子的圆底烧瓶中，圆底烧瓶中的溶液通入氮气以除去溶液中氧气，置于油浴锅，并在氮气保护下搅拌回流，得到沉淀物，沉淀物经离心分离、洗涤、真空干燥，得到PMo/PtIr/MWCNT催化剂。

本发明一种甲醇燃料电池阳极材料催化剂的制备方法包括以下步骤：

1、将多壁碳纳米管在去离子水中超声分散，加入双氧水到多壁碳纳米管分散液中煮沸，冷却后，加入浓盐酸回流，离心过滤，收集沉淀物，并用去离子水洗涤沉淀，至滤液pH值为5～8，沉淀物在80～120℃真空干燥，得到纯化的多壁碳纳米管；

2、将步骤1中得到的纯化的多壁碳纳米管4～6份、磷钼酸4～6份、去离子水1000-20000份加入到锥形瓶中进行超声分散处理；

3、在步骤2中的锥形瓶中加入铱的氯化物1～3份，铂的氯化物5～11份和乙二醇1000～20000份，超声分散0.5～2小时；

4、将步骤3中的溶液倒入带有磁子的圆底烧瓶中，溶液中通入氮气10～30分钟后，置于油浴锅，并在氮气保护下搅拌高温回流，得到沉淀物，沉淀物经离心分离、洗涤、真空干燥，得到PMo/PtIr/MWCNT催化剂。

在所述的甲醇燃料电池阳极材料催化剂的制备方法中，在步骤1中所述的多壁碳纳米管在去离子水中超声分散时间为10～60分钟，加入双氧水到多壁碳纳米管分散液中煮沸时间为3～12小时，加入浓盐酸回流时间为4～12小时。

在所述的甲醇燃料电池阳极材料催化剂的制备方法中，在步骤2中超声处理所用装置为超声清洗器，超声清洗器的工作频率为25～45Hz赫兹，超声分散时间为12～48小时。

在所述的甲醇燃料电池阳极材料催化剂的制备方法中，在步骤3中所述的铱的氯化物为氯铱酸、氯铱酸铵、三氯化铱、四氯化铱或二氯化铱中一种或一种以上。

在所述的甲醇燃料电池阳极材料催化剂的制备方法中，在步骤3中所述的铂的氯化物为氯铂酸、氯铂酸钾、氯铂酸铵、氯铂酸钠、氯亚铂酸钾、氯亚铂酸钠、氯亚铂酸铵、四氯化铂或二氯化铂中的一种或一种以上。