[发明专利]一种燃料电池用PtPdCu电催化剂的制备方法及应用有效

专利信息
申请号: 201710468680.3 申请日: 2017-06-14
公开(公告)号: CN107342424B 公开(公告)日: 2019-12-13
发明(设计)人: 周新文;杨翼;代忠旭;张荣华;陈迪;罗来明 申请(专利权)人: 三峡大学
主分类号: H01M4/88 分类号: H01M4/88;H01M4/92;H01M8/1011
代理公司: 42103 宜昌市三峡专利事务所 代理人: 蒋悦
地址: 443002*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 燃料电池 ptpdcu 催化剂 制备 方法 应用
【说明书】:

发明涉及了一种燃料电池用PtPdCu电催化剂的制备方法及其应用。该方法采用一步水热合成技术,合成方法包括如下步骤:取三嵌段共聚物P123溶解在二次蒸馏水中;向P123溶液中加入六水合氯铂酸、氯亚钯酸钾、无水氯化铜和碘化钾,搅拌、超声溶解;将混合溶液转移至50 mL聚四氟乙烯反应釜内胆中,封紧反应釜,置于鼓风干燥箱内,120‑200℃下反应6‑12小时;自然冷却至室温,离心、洗涤三到五次后即得到燃料电池用PtPdCu电催化剂。三嵌段共聚物P123同时充当保护剂和还原剂,碘化钾作为形貌控制剂和表面修饰剂,所得的PtPdCu电催化剂为空心纳米链结构,表现出优异的电催化氧化甲醇性能,是一种极具发展前景的燃料电池催化剂。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域,涉及催化剂的制备方法,尤其是涉及了一种燃料电池用PtPdCu电催化剂的制备方法。

背景技术

燃料电池被认为是继蒸汽机和内燃机之后的第三代动力系统,它能直接将燃料的化学能转化为电能而不受卡诺循环的限制,同时其排放物清洁无污染,是一种高效、洁净、环保的新能源技术[1]。直接甲醇燃料电池不同于一般的氢氧燃料电池,它无须将甲醇转换为氢气,而是直接以甲醇作为电池的燃料,不仅燃料的价格低廉且储存方便,直接甲醇燃料电池系统相较于其它类型的燃料电池而言还具有结构简单、理论比能量密度高、启动迅速、燃料补充方便、操作简单等优点,此外,该系统在低温下可以继续工作。Pt基纳米材料是直接甲醇燃料电池难以替代的催化剂,但由于Pt属于贵金属,储量低、成本高,严重制约了燃料电池的商业化进程。如何在减少贵金属Pt用量的同时提高其电催化活性一直是科学工作者研究的热点。

引入廉价的非贵金属与Pt形成合金是减少Pt用量的一种有效的手段,由于双功能机理,非贵金属的引入能促进催化性能。但在酸性介质中非贵金属不稳定,在碱性介质中却能稳定且保持高效催化活性。由于催化剂与催化底物的反应主要在表面进行,因此制备具有空心结构以及表面进行特殊修饰的催化剂能极大地提升催化剂催化效率。本发明引入非贵金属Cu,采用简单的水热合成法,三嵌段共聚物P123同时充当保护剂和还原剂,碘化钾作为形貌控制剂,制备出分散性较好、形貌特殊且具备优异的电催化氧化甲醇性能的PtPdCu催化剂。

发明内容

本发明的目的在于降低催化剂贵金属用量的同时,通过有利的形貌控制及表面调控,提供一种有较高催化活性的燃料电池用PtPdCu电催化剂。

本发明实现上述目的所采用的技术方案如下:

一种燃料电池用PtPdCu电催化剂的制备采用一步水热合成法,通过引入非贵金属Cu,三嵌段共聚物P123同时充当保护剂和还原剂,碘化钾作为形貌控制剂和表面修饰剂,制备出分散性较好、结构特殊且表面修饰有CuI亚纳米簇的催化剂,其具备优异的电催化氧化甲醇性能。该方法包括以下步骤:

(1) 取三嵌段共聚物P123超声溶解在二次蒸馏水中;向P123溶液中加入六水合氯铂酸、氯亚钯酸钾、无水氯化铜和碘化钾,搅拌、超声溶解,混合溶液中三嵌段共聚物P123浓度为10-50 mg/mL、六水合氯铂酸浓度为0.01-0.05 mmol/L、氯亚钯酸钾浓度为0.01-0.05mmol/L、无水氯化铜浓度为0.01-0.05 mmol/L,碘化钾的浓度为0.05-0.10 mmol/L。

(2) 将混合溶液转移至50 mL聚四氟乙烯反应釜内胆中,封紧反应釜,置于鼓风干燥箱内,120-200℃下反应6-14小时。

(3) 自然冷却至室温,3000 r/min~11000 r/min下离心分离,用水和无水乙醇洗涤三到五次,最后将洗涤干净后的产物加入无水乙醇分散保护即得到燃料电池用PtPdCu电催化剂。

步骤(1)中,三嵌段共聚物P123同时作为保护剂和还原剂,本发明发现同类三嵌段共聚物F127和Brij 58同样具备上述作用。

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