[发明专利]一种钛钨氧化物包覆碳纳米管载铂电催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及一种钛钨氧化物包覆碳纳米管载铂电催化剂的制备方法。

背景技术

燃料电池是一种直接将化学能转化为电能的装置。它具有能量转化效率高、环境友好、操作温度低、低温快速启动、比功率与比能量高等突出特点，被认为是未来电动汽车及其它民用场合最有希望的化学电源。碳载铂催化剂具有突出的催化活性，被视作理想的燃料电池催化剂。然而，碳载体与铂之间相互作用弱、碳载体易发生腐蚀，纳米铂颗粒很容易在载体表面迁移、团聚长大，甚至流失，导致催化剂活性衰减，最终导致燃料电池使用寿命缩短。因此，开发稳定高效的新型燃料电池催化剂具有重要意义。

近年来国内外针对燃料电池催化剂稳定性和活性做了大量的研究。中国发明专利CN 103022520 A公开了“一种燃料电池催化剂Pt/WO₃及其应用”，以氧化硅分子筛为模板制备的介孔WO₃为载体，负载铂纳米颗粒得到Pt/WO₃阳极催化剂。该方法一定程度地提高催化剂的稳定性。但是，较差的导电性阻碍了电子传递，导致催化剂活性差铂利用率低。中国发明专利CN 102664276 A公开了“一种TiO₂修饰碳载Pt电催化剂及其制备方法”，通过室温自然挥发干燥制得的无定形TiO₂修饰碳纳米管，再采用微波法将MoO₃（或WO₃）颗粒沉积在TiO₂修饰碳纳米管上，制备负载铂电催化剂。该方法制备的催化剂呈现出良好的甲醇电催化氧化活性。但无定形TiO₂和修饰在表面的MoO₃（或WO₃）颗粒阻碍了电子传递，导致催化剂难以在大电流下稳定工作；此外，MoO₃（或WO₃）以分布不均的颗粒形式存在，对提高催化活性贡献小。中国发明专利CN 102945970 A公开了“增强直接醇类燃料电池催化剂稳定性和导电性方法”，在金属氧化物纳米管表面包覆氮碳层，再将催化剂负载在氮碳表面。该方法增强了导电性，但是表面氮碳层腐蚀问题致使催化剂稳定性仍然较差。中国发明专利CN 102522571 A“一种质子交换膜燃料电池催化剂复合载体的制备方法”、中国发明专利CN 101404331 A“一种用于质子交换膜燃料电池的催化剂及其制备方法”和中国发明专利CN 102101056 A“经氧化物修饰的高稳定性燃料电池催化剂及其制备方法”，采用水热法或浸渍法将金属氧化物担载于碳载体之上制备复合载体应用于燃料电池。这些方法均通过金属氧化物颗粒表面修饰碳载体，增强了载体与铂的相互作用，一定程度上提高了催化剂的稳定性。然而，碳载体依然直接暴露在腐蚀环境中，载体腐蚀和催化剂流失的情况依然严重。

发明内容

本发明的目的是针对现有燃料电池阴极催化剂稳定性和活性较差的缺点，提供一种钛钨氧化物包覆碳纳米管载铂电催化剂的制备方法。本发明采用溶胶凝胶法在碳纳米管表面均匀包覆钛钨氧化物，再通过热处理形成结晶度高、电导率高的钛钨氧化物包覆层，并以此负载铂催化剂。一方面，高度结晶的钛钨氧化物均匀包覆碳纳米管，构建电子互传通道增强导电性，有效避免载体的腐蚀和抑制催化剂流失，极大的提高催化剂的活性、稳定性和铂利用率。另一方面，钛钨氧化物包覆层加速分解氧还原中间产物过氧化氢，降低了过氧化氢的产率，减小了过氧化氢对催化剂和电解质膜的影响，从而延长燃料电池系统的使用寿命。

本发明的目的是这样实现的：一种钛钨氧化物包覆碳纳米管载铂电催化剂的制备方法，其具体方法步骤包括

（1）碳纳米管的纯化

称取1克市售的碳纳米管，加入160毫升浓硝酸，加热回流3小时，冷却，超纯水稀释，滤出上层清液，多次离心洗涤，烘干，研磨后得到纯化的碳纳米管。

（2）钛钨氧化物包覆碳纳米管的制备