一種直接甲醇燃料電池陽極催化劑及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種直接甲醇燃料電池中的陽極催化劑及其制備方法。該方法是將處理過的Vulcan??XC-72分散于二次蒸餾水中，超聲分散；后逐滴加入H2PtCl6水溶液，繼續(xù)超聲分散；再經(jīng)磁力攪拌使水揮發(fā)得到干粉體，所得的干粉體分散在含過量抗壞血酸的乙二醇中，持續(xù)攪拌、過濾、洗滌并干燥得陽極催化劑。所得催化劑形貌結(jié)構(gòu)佳，電催化甲醇氧化活性和抗中毒能力強(qiáng)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及燃料電池陽極催化劑技術(shù)，特別涉及一種直接甲醇燃料電池陽極催化劑及其制備方法。
技術(shù)介紹
直接甲醇燃料電池(DMFC)的能量轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境污染小，并且甲醇來源豐富、價(jià)格低廉、貯存與攜帶方便，特別適用于手機(jī)、便攜式攝像機(jī)和筆記本電腦等小型電子設(shè)備。盡管DMFC在理論上具有很高的功率密度和良好的應(yīng)用前景，但現(xiàn)在其性能與商業(yè)化的要求仍有很大差距。如何設(shè)計(jì)制備鉑納米粒子粒徑小且分布均勻及其提高抗CO中毒能力是很多研究者考慮的內(nèi)容。 目前，制備催化劑主要有以下幾種還原劑(l)硼氫化鈉、肼、甲醛等各種還原劑以及一些還原性的氣體主要是用在浸漬還原法中。基本過程為，將載體分散于含各種鉑前驅(qū)體的浸漬液中充分浸漬，然后加入硼氫化鈉、肼、甲醛等各種還原劑還原金屬離子或金屬配合物；或者待部分浸漬液吸附在多孔結(jié)構(gòu)的載體碳材料后，用還原性氣體在一定溫度下使之還原，得到分散的金屬-載體顆粒。(2)乙二醇主要用于膠體還原法，即將鉑的化合物融解在乙二醇溶液中，加入表面活性劑，調(diào)節(jié)pH值，在惰性氣體保護(hù)下130 16(TC還原，由于反應(yīng)溫度高速度快，金屬粒子的成核與生長幾乎同步進(jìn)行，又因?yàn)榫o接著各種穩(wěn)定劑(聚合物，配合物，纖維素衍生物，甚至甲醇等)包覆剛合成出的金屬納米粒子，使之不易聚集，從而達(dá)到均勻分散的效果，然后通過各種辦法負(fù)載到各種載體上。目前，很少有人用抗壞血酸還原鉑前驅(qū)體，制備成鉑納米粒子。負(fù)載到Vulcan XC-72表面。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題和缺陷，專利技術(shù)的目的首先在于提供一種以抗壞血酸作為鉑前驅(qū)體還原劑的制備直接甲醇燃料電池陽極催化劑的方法。該制備方法操作簡易，成本低，可控性強(qiáng)。 本專利技術(shù)的目的還在于提供上述方法制備得到的陽極催化劑，該催化劑同時(shí)具有較高的甲醇電催化活性和較好的抗CO中毒能力。 本專利技術(shù)的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) —種直接甲醇燃料電池陽極催化劑的制備方法，包括以下步驟 (1)對(duì)Vulcan XC-72載體進(jìn)行純化和活化處理； (2)處理后的Vulcan XC-72在水中分散，進(jìn)行超聲處理； (3)超聲處理后的分散液中加入H2PtCl6溶液，Vulcan XC-72和H2PtCl6的質(zhì)量比為l : 0.05 1 : 0. 25，繼續(xù)超聲處理； (4)60 90°C，磁力攪拌下將水分蒸干，得到干粉體； (5)干粉體分散于含抗壞血酸的有機(jī)溶劑中，于60 9(TC攪拌，再經(jīng)過濾，洗滌并干燥后得Pt/C催化劑。 為更好的實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù) 作為優(yōu)選，步驟(1)所述純化處理具體包括以下步驟將Vulcan XC-72在濃度為30 40%濃鹽酸中浸泡12 48小時(shí)，然后過濾洗滌至濾液為中性，再在80 IO(TC下干燥1 2小時(shí)，得到純化的Vulcan XC-72載體。 作為優(yōu)選，步驟(1)所述活化處理具體包括以下步驟 把Vulcan XC-72加入到容器中，用1 5mmol/LNa0H在60 IO(TC加熱回流1 5小時(shí)，離心分離，過濾至濾液為中性，再與80 IO(TC干燥1 2小時(shí)；然后置于體積比為3 : 1的濃HN03 (質(zhì)量濃度65 68 % )和濃H2S04 (質(zhì)量濃度95 98 % )的混酸溶液中，在60 IO(TC加熱回流1 5小時(shí)，離心分離，過濾洗滌至濾液為中性，80 IO(TC干燥1 2小時(shí)。 作為優(yōu)選，步驟(2)中，所述Vulcan XC-72與水的質(zhì)量體積比為5 : 1 1 : 1。 作為優(yōu)選，步驟(2)中，所述超聲處理時(shí)間為10 20min ;;步驟(3)中，所述超聲處理時(shí)間為20 30min。 作為優(yōu)選，步驟(3)中，H2PtCl6溶液的濃度為1. 93 19. 3mM。作為優(yōu)選，步驟(5)中，所述有機(jī)溶劑為乙二醇。 作為優(yōu)選，步驟(5)中，所述含抗壞血酸的有機(jī)溶劑中，抗壞血酸的濃度為0. 006 0. 06M。 本專利技術(shù)還提供了一種直接甲醇燃料電池中的Pt/C陽極催化劑，就是由上述方法制備得到的。 在上述Pt/C陽極催化劑的基礎(chǔ)上，本專利技術(shù)進(jìn)一步提供了一種PtRu/C陽極催化劑，由以下方法制備得到的將上述陽極催化劑粉末分散在0. 001M 0. 01MRuCl3水溶膠中，權(quán)利要求9所述陽極催化劑粉末與RuCl3的質(zhì)量比為16 4 : 1 ;再用0. 006 0. 06M抗壞血酸的乙醇溶液還原，最后得到的PtRu/C催化劑。 本專利技術(shù)的設(shè)計(jì)原理首先將Vulcan XC-72表面功能化，然后讓鉑的前驅(qū)體耦合；然后尋找理想溶劑分子(例如乙二醇，丙三醇，水等)分散鉑的前驅(qū)體，通過化學(xué)還原的辦法讓其吸附到Vulcan XC-72表面。使用有機(jī)溶劑是因?yàn)閂ulcan XC-72的水溶性很差，但在有機(jī)溶劑有一定溶解性；最后是將VulcanXC-72與鉑前驅(qū)體混合在一起，在7(TC下將混合溶液蒸干，使鉑的前驅(qū)體吸附在Vulcan XC-72上，再加入乙二醇和抗壞血酸(L-ascorbicacid)，在7(TC下使其還原。這種還原吸附的方法一方面能夠阻止被還原的鉑納米顆粒團(tuán)聚，另一方面能夠使鉑納米顆粒均勻的分散在Vulcan XC-72上。 本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果 (1)本專利技術(shù)電催化劑的制備方法簡單，無需表面活性劑、穩(wěn)定劑或功能分子等，金屬顆粒在常溫下不會(huì)團(tuán)聚，且在Vulcan XC-72表面高密度小粒徑負(fù)載。 (2)制得的催化劑電催化甲醇氧化效果比商業(yè)催化劑(Pt/C(VulCanXC-72，20%，JM))好，PtL/C的峰值比商業(yè)的Pt/C大2倍。 (3)用抗壞血酸制得的催化劑較用硼氫化鈉制得的催化劑抗CO中毒能力強(qiáng)，并且穩(wěn)定性好。附圖說明 圖1為實(shí)施例1所得Pt乂C(左圖)和對(duì)比實(shí)施例1所得PtB/C(右圖)的透射電鏡(TEM)圖。 圖2為實(shí)施例1所得Pt乂C和對(duì)比實(shí)施例1所得PtB/C的EDS圖。 圖3為實(shí)施例1所得Pt乂C和對(duì)比實(shí)施例1所得PtB/C的XRD圖。 圖4為本專利技術(shù)制備的Pt^/C和PtB/C在0. 5mol/LH2S04中的循環(huán)伏安比較曲線。 圖5為實(shí)施例1所得Pt乂C和對(duì)比實(shí)施例1所得PtB/C在0. 5mol/LCH30H+0. 5mol/LH^04中的循環(huán)伏安比較曲線。 圖6為實(shí)施例1所得PtL/C和商業(yè)的Pt/C在0. 5mol/LCH30H+0. 5mol/LH2S04中的循環(huán)伏安比較曲線。 圖7為實(shí)施例1所得PtL/C和對(duì)比實(shí)施例lPtB/C在0. 5mol/LCH30H+0. 5mol/LH2S04中的計(jì)時(shí)電流比較曲線。 圖8為實(shí)施例5和對(duì)比實(shí)施例2所得PtJ u/C和PtBRu/C催化劑，在0. 5mol/LCH3OH+0. 5mol/LH2S04中的循環(huán)伏安比較曲線。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本專利技術(shù)做進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本專利技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式并不局限于此。 本專利技術(shù)實(shí)施例所用主要原材料及來源如表1所示。 表1實(shí)施例所用主要原材料及其基本性質(zhì)<table>table see original document page 5</column></row><table> 實(shí)施例1 (1)對(duì)Vulcan XC-72載體進(jìn)行純化和活化處理將Vulcan XC-72在質(zhì)量濃度為36. 5%的濃鹽本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種直接甲醇燃料電池中的陽極催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟：（１）對(duì)ＶｕｌｃａｎＸＣ－７２載體進(jìn)行活化和純化處理；（２）處理后的ＶｕｌｃａｎＸＣ－７２在水中分散，進(jìn)行超聲處理；（３）超聲處理后的分散液中加入Ｈ↓［２］ＰｔＣｌ↓［６］溶液，ＶｕｌｃａｎＸＣ－７２和Ｈ↓［２］ＰｔＣｌ↓［６］的質(zhì)量比為１∶０．００５～１∶０．２５，繼續(xù)超聲處理；（４）６０～９０℃，磁力攪拌下將水分蒸干，得到干粉體；（５）干粉體分散于含抗壞血酸的有機(jī)溶劑中，于６０～９０℃攪拌，再經(jīng)過濾，洗滌并干燥后得Ｐｔ／Ｃ催化劑。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：傅昭，李偉善，周智慧，向興德，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華南師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：81