[发明专利]一种TiO2@C负载RuNi直接甲醇燃料电池阳极催化剂及制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及多孔空心TiO₂@C负载RuNi直接甲醇燃料电池阳极催化剂及制备方法。

 

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、Ag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PtAgTiO_X/C 和Au/TiO₂PtAg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，但这些催化剂中贵金属Pt的用量仍然很高，且催化剂以C为载体，C载体在实际应用过程中易氧化，影响催化剂的稳定性和电池的性能。多孔空心TiO₂@C为载体制备直接甲醇燃料电池非铂阳极催化剂还未见报道。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种可降低直接甲醇燃料电池催化剂成本，提高其稳定性、对甲醇的催化活性和抗CO毒化能力的直接甲醇燃料电池非铂阳极催化剂及制备方法。

本发明的技术解决方案是：

一种多孔空心TiO₂@C负载RuNi直接甲醇燃料电池阳极催化剂，所述催化剂由多孔空心TiO₂@C载体与RuNi纳米合金组成，其特征在于：多孔空心TiO₂@C载体的含量为催化剂总质量的97~99 %，多孔空心 TiO₂与C的质量比m_TiO2:m_C为1:1~3:7，RuNi纳米合金的含量之和为催化剂总质量的1~3 %，RuNi的摩尔比n_Ru:n_Ni为7:3，1:1，或3:7。

进一步的，所述C为Vulcan XC-72。

一种多孔空心TiO₂@C负载RuNi直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法包括下列步骤：

（1）多孔空心TiO₂纳米球的制备：采用溶胶-凝胶法，将计算量的钛酸丁酯溶于一定量的无水乙醇，加入一定量的表面活性剂PEG-600和Vulcan XC-72，搅拌下滴加无水乙醇、冰醋酸和去离子水的混合物，水解形成溶胶后继续搅拌，待形成凝胶后静置2-3天，80 ℃真空干燥8-10 小时后得到的粉末研磨后在马弗炉中400-600 ℃空气焙烧3 小时，制得多孔空心TiO₂纳米球；制备溶胶时钛酸丁酯、无水乙醇、冰醋酸、去离子水的用量摩尔比为：n_钛酸丁酯：n_无水乙醇：n_冰醋酸：n_去离子水=1:20~40:1~2.5:2~6；PEG-600用量为钛酸丁酯、无水乙醇、去离子水和冰醋酸总体积的1%；Vulcan XC-72的用量为钛酸丁酯完全水解最后生成TiO₂理论量的30%；

（2）多孔空心TiO₂@C纳米载体的制备：称取一定量的Vulcan XC-72加入到去离子水中，超声分散30分钟，剧烈搅拌下加入计算量的多孔空心TiO₂纳米球，形成浆液，继续搅拌1小时，过滤，去离子水洗涤，80℃真空干燥，制得多孔空心TiO₂@C纳米载体；其中多孔空心 TiO₂与C的质量比m_TiO2:m_C为1:1~3:7；

（3）将多孔空心TiO₂@C纳米载体按50-100毫克/毫升的比例加入到乙二醇中，超声分散均匀，形成多孔空心TiO₂@C分散液；