[发明专利]一种纳米片状Pt/炭化木屑材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及的是一种用于燃料电池的纳米片状Pt/炭化木屑材料及其制备方法。

背景技术

能源是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础，是国民经济发展的命脉。近年来，由于化石燃料资源短缺并且其使用引起的环境污染日趋严重，引起气候异常。因此，世界各国对新能源的研究越来越重视。燃料电池是一种将燃料和氧气的化学能通过电极反应转化为电能的装置，具有能量转换效率高、污染小、燃料多样化、噪音低、可靠性高及便于维护等优点，是公认的高效、清洁的发电技术。

直接甲酸燃料电池是以液态甲酸代替氢气作为可燃源的燃料电池，相较于直接甲醇燃料电池具有能量密度高、膜透率高、高电动势、催化剂不易中毒、可以在低温下工作等优点，在过去的十几年中一直备受关注。但甲酸燃料电池仍旧存在一些缺点，如：甲酸理论体积能量密度较低(约为2104W·h/L，不到甲醇4812W·h/L的一半)，液态甲酸易挥发产生有毒刺激性气体，高浓度的甲酸有较强的腐蚀性。这些缺点的存在限制了甲酸的利用。目前主要通过使用较高浓度的甲酸、增强电池的密闭性能、对电池材料表面进行特殊处理等方法来减小以上缺点对电池性能的影响，但并不能根本性解决其问题。

近年来对直接甲酸燃料电池阳极材料的研究主要集中在提高催化剂阳极氧化的活性方面。常用催化剂有Pd基催化剂和Pt催化剂，但在电氧化甲酸时，单纯的Pd电极会缓慢溶解，而且生成的CO会毒化，降低催化剂持久性，造成Pd的利用率较低，同时，造成电池成本上升。目前有多重针对提高Pd基催化剂的耐久性报道，通过修饰载体或复合载体等方法，提高其耐久性，但效果均不理想。Pt催化剂是目前燃料电池最好的催化剂之一，耐腐蚀性较好，但其催化活性和稳定性较差，且高昂的成本也限制了其商业化应用。因此，开发低成本，高性能的催化剂材料是当前燃料电池技术研究的热点之一。

发明内容

针对现有技术中催化剂活性低、生产成本高、工艺复杂等技术问题，本发明提供了一种纳米片状Pt/炭化木屑材料及其制备方法，所制得的Pt/炭化木屑复合材料稳定性好、催化活性高，且工艺简单，操作方便，经济绿色，容易实现工业化。

为实现上述目的，实现本发明所采用的技术方案是：一种纳米片状Pt/炭化木屑材料的制备方法，包括以下步骤，a)、将木屑高温炭化；b)、采用三电极体系，通过循环伏安法将Pt沉积在炭化木屑载体上，得到Pt/炭化木屑。

所述步骤a)中高温炭化条件是，在氮气的保护下，将木屑以0.5～3℃/min的速率升温直至850℃，并保温2～4h，冷却至室温取出。

所述步骤b)中的三电极体系，是以饱和甘汞电极作为参比电极，铂丝电极作为对电极，炭化后的木屑作为工作电极。分别以H₂SO₄/H₂PtCl₆、HCOOH/H₂PtCl₆、CH₃COOH/H₂PtCl₆的混合溶液作为电解液进行Pt的负载。

其中，采用循环伏安法进行Pt电沉积，电沉积参数为：扫描低电压范围-1～0V，扫描高电压范围0.3～1.4V，扫描周期为20～500次。

优选的，在步骤a)中，在氮气的保护下，可以是将木屑放入后，先持续向设备中以0.05～10m³/h的流量通氮气30～60min以置换空气，再进行高温炭化。

可优选的，先对部分晒干后木屑用去离子水超声5～20min，再用去离子水洗涤，烘干后，再进行高温炭化，以除去其中的氧。

本发明还提供了通过上述方法制备得到的Pt/炭化木屑材料。所得材料具有纳米片状结构。

与现有技术相比，本发明具有积极的效果：

(1)本发明所得材料具有明显的纳米片状结构，Pt均匀的负载在炭化木屑上，分散性好，增大了其比表面积，其电催化活性明显增强。

(2)本发明的Pt/炭化木屑材料相较于炭化木屑而言具有更高的电子传递速率以及灵敏性，催化活性高，且稳定性好。

(3)本发明将贵金属Pt负载到炭化木屑上，大大提高了催化活性以及稳定性，且载体木屑本身具有一定的催化活性，同时其来源广泛、经济环保，是一种很有价值的再生资源，从而大大降低了生产成本。

(4)本发明所制备的Pt/炭化木屑复合材料，工艺简单，操作方便，且绿色经济，容易实现工业化。

附图说明

图1为本发明制备的Pt/炭化木屑的SEM图谱。