[发明专利]一种甲醇燃料电池催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种甲醇燃料电池催化剂及其制备方法，属于燃料电池催化剂技术领域。甲醇燃料电池催化剂，包括催化剂内核和附着于催化剂内核外的催化剂外壳，催化剂内核为多孔金属，催化剂外壳为PtRu合金。其制备方法，包括如下步骤：以多孔金属作为工作电极、石墨电极作为对电极置于水溶性Pt盐和Ru盐混合溶液内。电连接石墨电极和多孔金属电极，在温度为2～80℃的条件下电沉积0.1～5h。此制备方法简单，制备的催化剂具有较高的活性与稳定性，催化剂的工作寿命长并降低了催化剂的制造成本。

技术领域

本发明涉及燃料电池催化剂技术领域，具体而言，涉及一种甲醇燃料电池催化剂及其制备方法。

背景技术

燃料电池是将化学能转换成电能的装置，由于具有较高的能源转换效率，且对环境无污染，在节能减排的大环境背景下，能源危机日益威胁到人类的生活环境，故而新能源技术的开发迫在眉睫。在燃料电池里，其基本原理是阳极的燃料分子在催化剂作用下分解，产生的阳离子通过质子交换膜通往阴极，阳极产生的电子通过外电路到达阴极，阴极的阳离子与外电路到达的电子在阴极催化剂的发生氧化还原反应，在整个过程中，阴阳极发生的化学反应能够有效的转换换成电能，而产物只有二氧化碳与水，两者均是无毒无污染的产物，作为燃料分子可以是液态的甲醇，甲酸与乙醇分子，也可以是氢气，但是氢氧燃料电池面临着氢能存储与运输等难题，相比之下，甲醇等液体燃料电池在燃料的来源方面受到越来越多的科研工作者的重视。因此，开发利用价格低廉、来源丰富、储存、携带和添加都很方便的甲醇作为燃料的直接甲醇燃料电池(DMFC)，可满足在智能手机、笔记本、便携式通讯和医疗设备等移动电源方面的便携式电子设备日益提高的高能耗需求，最有可能替代和补充目前广泛使用的二次电池而成为理想的移动电源。

传统的燃料电池用电催化剂多为碳载型Pt基纳米颗粒催化剂，即活性组分以纳米颗粒的形式担载在高比表面碳基载体材料上，在碳载型粉末催化剂中，活性组分与载体之间只存在物理吸附作用，在使用过程中铂基纳米粒子很容易在载体表面迁移、团聚长大，造成催化剂活性表面积降低，进而导致燃料电池在使用过程中性能逐渐下降，工作寿命缩短、可靠性下降。此外，粉末催化剂在作为电极材料使用时需与导质子的nafion树脂、导电的碳粉混合后喷涂到碳纸上，催化剂颗粒必须与导质子体、导电子体同时接触才能将反应中产生的质子和电子传导出去，因此，该工艺容易导致部分催化剂颗粒与nafion树脂或碳粉接触不良、不能发挥效用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种甲醇燃料电池催化剂，具有较高的活性与稳定性，催化剂的工作寿命长并降低催化剂的成本。

本发明的另一目的在于提供一种甲醇燃料电池催化剂的制备方法，其制备方法简单易行，得到的催化剂具有较高的活性与稳定性，催化剂的工作寿命长并降低催化剂的成本。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种甲醇燃料电池催化剂，包括催化剂内核和附着于催化剂内核外的催化剂外壳，催化剂内核为多孔金属，催化剂外壳为PtRu合金。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述多孔金属为Au、Cu或Ni。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述多孔金属的孔径为5～50nm。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述PtRu合金中，Pt元素与Ru元素的摩尔比为：16/1～1/2。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述甲醇燃料电池催化剂为薄膜结构，甲醇燃料电池催化剂的厚度为100～1000nm。

一种甲醇燃料电池催化剂的制备方法，包括如下步骤：

以多孔金属作为工作电极、石墨电极作为对电极置于水溶性Pt盐和Ru盐混合溶液内；

电连接石墨电极和多孔金属电极，在温度为2～80℃的条件下电沉积0.1～5h。