[发明专利]一种用于甲醇燃料电池的纳米粒结构的电催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于甲醇燃料电池的纳米粒结构的电催化剂的制备方法，将乙酰丙酮铂、乙酰丙酮铜、十六烷基三甲基氯化铵和葡萄糖溶于油胺中，于室温搅拌混合均匀后转移至高压反应釜中于180℃反应8h，反应结束后将得到的黑色沉淀用无水乙醇洗涤3‑4次得到纯的PtCu合金纳米粒催化剂，将该PtCu合金纳米粒催化剂超声分散于乙醇溶液中得到备用液。本发明合成的纳米线结构的醇燃料电池电催化剂，其合成方法操作简单、反应效率高且能耗低；PtCu合金纳米粒催化剂具有较大的比表面积，活性位点暴露较多，并能与电解液更好的接触，可以有效提高催化剂的电催化活性。

技术领域

本发明属于燃料电池催化剂技术领域，具体涉及一种用于甲醇燃料电池的纳米粒结构的电催化剂的制备方法。

背景技术

随着社会的发展，环境问题已经受到广泛的关注，急需一种清洁的能源代替传统的化石燃料。直接甲醇燃料电池（DMFCs）已经成为有希望的绿色能源装置，其具有高能量密度，低污染物排放的优点，是替代化石能源的理想候选者。在醇燃料电池中，催化剂是重要的组成部分，也是决定醇燃料电池性能好坏的关键材料。近年来，铂被认为是最合适的醇燃料电池催化剂，因为它具有高活性和稳定性，特别是在酸性介质中。但由于其价格昂贵，其在实际应用中的前景并不乐观。因此，加入一些廉价金属比如：铜，铁，钴等来降低铂的用量，并且基于双功能机制，有效的提高催化剂的催化性能是有效的解决方法。

铂被认为是燃料电池最活跃的阴极电催化剂，然而，在电氧化过程中，CO分子作为中间体产生，其可以吸附在Pt表面上并且几乎不被除去。因此，CO对Pt的表面中毒会抑制催化活性，这个问题必须解决以实现高效稳定的Pt催化剂。Pt上的甲醇电氧化按照三个步骤进行，首先是吸附甲醇；随后Pt破坏甲醇的C-H键，然后CO分子将吸附在Pt表面上，这被认为是脱氢步骤；最终CO在Pt上形成的含氧物质（例如-OH）的辅助下被氧化。然而，含氧物质通常在高电位下附着在Pt表面。因此，在低电位状态下，吸附的CO分子很难被去除，导致Pt催化剂的活性差。引入第二种或第三种金属，例如Ni，Au，Ru，Sn，Co或Cu，是从CO吸附中释放Pt表面的有效方法。在这种双金属体系中，Pt对甲醇的吸附和脱氢起着关键作用。另一方面，第二种金属可以提供含氧物质作为低电位CO氧化的促进剂。第二金属还可以通过将电子从第二金属转移到Pt来改变Pt的电子结构，从而削弱Pt-CO键合能。

能源是21世纪的最大挑战之一。为了减少人类对化石燃料的依赖，发展可持续能源技术是一项非常重要的研究。作为拥有巨大潜力的清洁能源，直接甲醇燃料电池（DMFCs）和直接乙醇燃料电池（DEFCs）吸引了近几十年来的持续关注，醇燃料电池具有很多的优点，比如能量转换效率高、低排放、易于存储等。鉴于金属Pt的活性和稳定性，Pt纳米晶是最常见的醇燃料电池催化剂，因其有更高的催化活性及稳定性。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种用于甲醇燃料电池的纳米粒结构的电催化剂的制备方法，用于有效提高醇燃料电池催化剂的催化性能。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种用于甲醇燃料电池的纳米粒结构的电催化剂的制备方法，其特征在于具体过程为：

步骤S1：将乙酰丙酮铂、乙酰丙酮铜、十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）和葡萄糖溶于油胺中，于室温搅拌混合均匀后转移至高压反应釜中于180℃反应8h，反应结束后将得到的黑色沉淀用无水乙醇洗涤3-4次得到纯的PtCu合金纳米粒催化剂，将该PtCu合金纳米粒催化剂超声分散于乙醇溶液中得到备用液；

步骤S2：向步骤S1得到的备用液中加入XC-72炭黑，搅拌分散均匀后于室温下静置，待上清液澄清后吸出上清液，沉淀到底部的黑色沉淀在真空干燥箱中于40-60℃干燥直至溶剂挥发完全得到负载到炭黑上的PtCu合金纳米粒催化剂。

进一步限定，所述用于甲醇燃料电池的纳米粒结构的电催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：