[发明专利]用于直接甲醇燃料电池的阳极催化剂Pt/CeO2中空球-C的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阳极催化剂的制备方法。

背景技术

燃料电池（Fuel Cell,FC）是一种非常有前景的新能源利用技术，它具有能量转换效率高，污染排放少，对环境友好、操作简便等诸多优势，日益受到各国政府的重视。直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell,DMFC）是当今燃料电池技术的研究热点。DMFC直接使用甲醇为燃料，无需中间重整和转化装置，易于储存和运输；在相同的功率密度下，DMFC体积小、成本低，与其它燃料电池相比，最有可能率先实现商品化，可以说DMFC作为一种理想的动力电源，拥有更为广阔的应用前景。目前，DMFC已经在手机、MP3、数码相机、游戏机等电子产品上有所应用，但是现有的DMFC阳极商业Pt/C催化剂活性低、稳定性差，要使DMFC作为携带电源实现大规模产业化发展，在技术上仍有一些瓶颈亟待突破，其中阳极Pt基催化剂的活性及稳定性问题是制约其商业化的关键问题之一。因此开发探索具备高催化活性和稳定性的DMFC阳极催化剂对于推动DMFC大规模产业化发展显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的DMFC阳极商业Pt/C催化剂活性低、稳定性差的技术问题，提供了一种用于直接甲醇燃料电池的阳极催化剂Pt/CeO₂中空球-C的制备方法。

用于直接甲醇燃料电池的阳极催化剂Pt/CeO₂中空球-C的制备方法按照以下步骤进行：

一、制备CeO₂中空球：

将0.1-0.5g Ce(NO₃)₃·6H₂O溶解于10mL蒸馏水中，室温下搅拌30min，然后加入30mL聚乙二醇-400，室温下搅拌30min，然后将溶液移入反应釜中，在150-220℃恒温反应12-48h，冷却至室温，用去离子水洗涤三次，再用无水乙醇洗涤三次，在80-100℃干燥5-12h，得到乳白色沉淀物，将乳白色沉淀物在管式炉中300-500℃下焙烧1-5h，冷却至室温，得到CeO₂中空球；

二、制备Pt/CeO₂中空球-C催化剂：

将0.01-0.015g CeO₂中空球和0.035-0.04g Vulcan XC-72碳溶于30mL乙二醇和异丙醇混合溶液中，乙二醇和异丙醇混合溶液中乙二醇与异丙醇的体积比为4:1，超声1h，搅拌3h，加入浓度为0.1mol/L的H₂PtCl₆溶液0.5-0.6mL，搅拌3h，用浓度为1mol/L的NaOH的乙二醇溶液调节pH值为12.00，然后在微波反应器中反应60s-70s，然后冷却至室温，用去离子水洗涤至滤液中无Cl^-，再用无水乙醇洗涤三次，在80-100℃干燥3-6h，得到用于直接甲醇燃料电池的阳极催化剂Pt/CeO₂中空球-C。

本发明的方法简单，易于操作，利于进行大规模工业生产；而且得到的催化剂对甲醇具有较好的催化活性和稳定性。该催化剂的高活性和高稳定性是由于（1）CeO₂中空球自身的高耐腐蚀性；（2）Pt颗粒与CeO₂中空球之间的强相互作用，使得催化剂在使用过程中贵金属活性组分不易脱落且有效利用率高；（3）CeO₂中空球具有较强的储放氧能力，可吸附-OH等含氧物种，使甲醇氧化过程中产生的毒性中间产物得到有效转化，Pt的抗中毒能力大大提升。

附图说明

图1是实验一制备的CeO₂中空球的XRD图；

图2是实验一制备的CeO₂中空球的SEM图；

图3是实验一制备的CeO₂中空球高倍SEM图；

图4是实验一制备的CeO₂中空球中Ce3d的X射线光电子能谱；

图5是实验一制备的用于直接甲醇燃料电池的阳极催化剂Pt/CeO₂中空球-C的XRD图；

图6是实验一制备的用于直接甲醇燃料电池的阳极催化剂Pt/CeO₂中空球-C的催化剂在0.5mol/L H₂SO₄溶液中的CV曲线；

图7是实验一中Pt/C催化剂在0.5mol/L H₂SO₄溶液中的CV曲线；