[发明专利]直接甲醇燃料电池纳米PdNi/介孔TiO2膜阳极及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直接甲醇燃料电池纳米PdNi/介孔TiO₂膜阳极及制备方法。

背景技术

直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell, DMFC）具有能耗少、能量密度高、甲醇来源丰富、价格便宜、系统简单、运行便捷和噪声低等优点，被认为是未来汽车动力和其它交通工具最有希望的化学电源，引起人们的广泛关注。DMFC最关键的材料之一是电极催化剂，它直接影响电池的性能、稳定性、使用寿命及制造成本。贵金属Pt在低温条件下（小于80℃）具有优异的催化性能，目前DMFC的电极催化剂均以Pt为主要成分，其中PtRu催化剂比纯Pt具有更强的抗CO中毒性能和更高的催化活性，被认为是目前DMFC最佳的催化剂，但是由于其价格昂贵、Ru易溶等缺陷，在DMFC中的利用率还达不到商业化的要求。人们进行了大量研究制备多元复合催化剂以提高其催化活性，提高抗CO毒化能力。如有报道制备了PtRuTiO_X/C 和Au/TiO₂PtRu催化剂，TiO₂复合可以减少催化剂中贵金属Pt的用量，提高催化性能和抗CO毒化能力，具有应用前景。纳米PdNi/介孔TiO₂膜催化剂是一种非铂催化剂，对甲醇具有良好的催化性能和抗CO毒化性能，与钛板复合形成的膜阳极可用作直接甲醇燃料电池阳极，均未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用作直接甲醇燃料电池阳极，降低直接甲醇燃料电池催化剂成本，提高其催化活性和抗CO毒化能力的直接甲醇燃料电池纳米PdNi/介孔TiO₂膜阳极及制备方法。

本发明的技术解决方案是：

一种直接甲醇燃料电池纳米PdNi/介孔TiO₂膜阳极，其特征是：所述的直接甲醇燃料电池纳米PdNi/介孔TiO₂膜阳极由钛板和纳米PdNi/介孔TiO₂膜催化剂复合而成；钛板厚度0.3 mm，纯度99.5 %，膜催化剂中介孔TiO₂的含量为95~99 %， 纳米PdNi的含量之和为5~1 %，上述含量为质量百分比，PdNi的摩尔比1:1。

所述的直接甲醇燃料电池纳米PdNi/介孔TiO₂膜阳极的制备方法，其特征是：包括下列步骤：

1）钛板的前处理：钛板用金相砂纸打磨，在丙酮中超声除油15分钟，然后依次经甲醇或乙醇清洗、1 mol/L的HF处理10分钟、二次蒸馏水超声清洗3次，烘干；

2）按PdNi/介孔TiO₂膜催化剂中W_PdNi=1 %~5%，摩尔比n_Pd:n_Ni为1:1计算，将计算量的PdCl₂和NiCl₂用无水乙醇和去离子水溶解，形成溶液，其中，无水乙醇的体积与步骤3）相同，去离子水质量为步骤3）中去离子水质量的一半；

3）TiO₂溶胶的制备：将计算量的钛酸丁酯溶于无水乙醇，搅拌下加入加算量的表面活性剂Pluronic P-123( EO₂₀PO₇₀EO₂₀, Aldrich，分子量5800)，溶解后滴加无水乙醇、冰醋酸和去离子水的混合物， 1小时后滴加步骤2）形成的溶液，继续搅拌，水解形成溶胶；制备溶胶时钛酸丁酯、表面活性剂Pluronic P-123、无水乙醇、冰醋酸、去离子水的用量摩尔比为：n_钛酸丁酯：n_P-123：n_无水乙醇：n_冰醋酸：n_去离子水=1:0.01~0.02:20~40:1~2.5:2~6；

4) 将步骤3）制得的溶胶采用旋涂仪在处理后的钛板表面旋涂成膜，湿度30%，涂胶速率3000转/分，30秒内涂完，钛板表面形成胶膜；旋涂膜8℃老化5天后，将钛板真空450 ℃焙烧2小时除去膜中的表面活性剂Pluronic P-123，然后500-600 ℃氢气氛焙烧3小时得钛板表面复合纳米PdNi/介孔TiO₂膜催化剂的纳米PdNi/介孔TiO₂膜阳极。