[发明专利]燃料电池的纳米蓝钻催化剂及制备方法和燃料电池

说明书

本发明提供一种燃料电池的纳米蓝钻催化剂及制备方法，包括如下步骤：S1：通过爆炸法，将含碳炸药转化成金刚石，得中间产物，对所述中间产物进行筛选，分离得到纳米金刚石颗粒；或者通过高温高压法或化学气相沉积法生长金刚石晶体，将所述金刚石晶体通过物理手段粉碎成微纳米级别的颗粒，得到纳米金刚石颗粒；S2：提供不导电金刚石作为基底材料，以所述纳米金刚石颗粒为原料在所述基底材料的表面组装形成导电金刚石包裹层，得到纳米蓝钻催化剂。S3：对所述纳米蓝钻催化剂进行表面处理，使其具有疏水性或吸氢性。

技术领域

本发明涉及燃料电池的纳米蓝钻催化剂及制备方法和燃料电池。

背景技术

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称PEMFC)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。

燃料电池的工作过程实际上是电解水的逆过程，其基本原理早在1839年由英国律师兼物理学家威廉.罗泊特.格鲁夫(William Robert Grove)提出，他是世界上第一位实现电解水逆反应并产生电流的科学家。一个半世纪以来，燃料电池除了被用于宇航等特殊领域外，极少受到人们关注。只是到近十几年来，随着环境保护、节约能源、保护有限自然资源的意识的加强，燃料电池才开始得到重视和发展。

PEMFC技术是目前世界上最成熟的一种能将氢气与空气中的氧气化合成洁净水并释放出电能的技术：

(1)氢气通过管道或导气板到达阳极，在阳极催化剂作用下，氢分子解离为带正电的氢离子(即质子)并释放出带负电的电子。

(2)氢离子穿过电解质(质子交换膜)到达阴极；电子则通过外电路到达阴极。电子在外电路形成电流，通过适当连接可向负载输出电能。

(3)在电池另一端，氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极；在阴极催化剂作用下，氧与氢离子及电子发生反应生成水。

质子交换膜燃料电池的催化剂目前基本为Pt基材料，主要为Pt/Pd、Pt/Ru合金负载在碳载体上，因为燃料电池的阴极需要在产生水后将其释放出来，以便腾出催化的位置，如果水黏附在其表面就会影响后续的反应，降低工作效率。但全球的Pt族金属储量仅为71000吨。Pt的稀缺和高昂的价格严重限制其商业化应用。且Pt/C层作为阴极催化层，在醇类燃料中易被氧化导致CO中毒，使其无法应用于醇类燃料电池，因此对于非Pt催化剂的研究具有十分重要的实际意义。

发明内容

基于上述提及的问题，有必要提供一种燃料电池的纳米蓝钻催化剂及制备方法和使用该纳米蓝钻催化剂的燃料电池。

一种燃料电池的纳米蓝钻催化剂的制备方法，包括如下步骤：

S1：

通过爆炸法，将含碳炸药转化成金刚石，得中间产物，对所述中间产物进行筛选，分离得到纳米金刚石颗粒；或者

通过高温高压法或化学气相沉积法生长金刚石晶体，将所述金刚石晶体通过物理手段粉碎成微纳米级别的颗粒，得到纳米金刚石颗粒；

S2：

提供不导电金刚石作为基底材料，以所述纳米金刚石颗粒为原料在所述基底材料的表面组装形成导电金刚石包裹层，得到纳米蓝钻催化剂。

S3：

对所述纳米蓝钻催化剂进行表面处理，使其具有疏水性或吸氢性；

为了使其具有吸氢性，所述步骤S3包括：