[發明專利]直接甲醇燃料電池陽極催化劑的制備方法

無效

• 申請號: 200710030647.9
• 申請日: 2007-09-29
• 公開（公告）號: CN101130164A
• 公開（公告）日: 2008-02-27
• 發明（設計）人: 王紅娟;余皓;彭峰;傅小波;周春梅
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J23/46
• 分類號: B01J23/46;B01J23/42;H01M4/92
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及催化劑制備技術，具體是一種直接甲醇燃料電池用陽極催化劑Pt-RuO₂·xH₂O/CNTs的制備方法。

背景技術

燃料電池作為一種清潔、高效而且性能穩定的電源技術，已受到世界各國的高度重視。其中質子交換膜燃料電池(PEMFC)和直接甲醇燃料電池(DMFC)的研究更令人關注。它們可用于動力電源、用作移動電話和膝上型電腦的電源，將來還具有為指定的終端用戶使用的潛力。但質子交換膜燃料電池和甲醇燃料電池用陽極催化劑均存在電催化活性低，并且重整氣或直接甲醇電催化氧化中的產生的少量CO可以使催化劑中毒，從而使電池的性能大幅度下降。因此，提高催化劑的電催化活性，解決催化劑的抗中毒能力已成為燃料電池研究急需解決的關鍵問題。

中國發明專利公告號CN1171671C公開了“碳納米管載鉑釕系列抗CO電極催化劑的制備方法”，它采用碳納米管為載體，運用原位化學還原均相沉積法，首先將Pt、Ru、Sn等離子分別制成配合離子，然后兩種或三種配合離子混合在一起制成亞穩態膠體，再采用廉價的還原劑甲醛或硼氫化鈉等，將亞穩態膠體還原沉積于碳納米管上制成。該法需要先制備配合離子、制備亞穩態膠體等步驟，且在最后的還原步驟，Pt和Ru、Sn等離子均被還原為原子價態。而最新的研究結果表明：在Pt、Ru雙金屬催化劑中，Pt、水合RuO₂對甲醇的電催化性能優于PtRu原子價態的合金催化劑；且在PtRu原子價態合金催化劑中，Ru作用的發揮也是通過逐步轉變為RuO₂來完成的。本發明則將Ru直接以水合RuO₂的形式與Pt復合構成催化劑，節省了反應過程中Ru轉化為RuO₂的步驟；同時，水合RuO₂可以作為Pt的成核中心，使Pt顆粒以更高、更均勻的分散態進行負載，從而進一步提高該催化劑的電催化性能。

中國發明專利公告號CN1221050C公開了“直接甲醇燃料電池甲醇氧化電極制備方法”、中國發明專利公告號CN1123080C公開了“一類燃料電池陽極催化劑的制備方法”、中國發明專利公開號CN1601788公開了“直接甲醇燃料電池陽極電催化劑的制備方法”、中國發明專利公開號CN1827211公開了“碳表面負載中空鉑釕合金納米粒子電催化劑及其制備方法”，這幾個專利均涉及到燃料電池陽極催化劑的制備，但所制備的Pt、Ru或與其它離子或氧化物構成的復合催化劑，Ru均以金屬態存在，因此，均需在反應過程中轉化為RuO₂來發揮作用，中國發明專利公告號CN1630122公開了“直接甲醇燃料電池用陽極催化劑及其制備方法”未涉及Ru或RuO₂的加入，此外，上述幾個專利所用催化劑的載體均未涉及具有獨特性能的碳納米管，而本發明既采用碳納米管作為載體，又在制備過程中將Ru直接制備成水合RuO₂，使載體的導電與催化劑的高分散性能和優異的電催化性能結合起來，充分發揮其對甲醇的電催化氧化性能。

發明內容

本發明的目的是克服上述技術缺陷，提出一種直接甲醇燃料電池陽極催化劑Pt/RuO₂·xH₂O/CNTs的制備方法。

本發明采用如下技術方案實現該目的，制備直接甲醇燃料電池陽極催化劑Pt-RuO₂·xH₂O/CNTs的方法包括如下步驟：

(1)將碳納米管超聲分散于三氯化釕的水溶液中，其中碳納米管∶釕的質量比為1∶0.02～0.15，超聲時間為0.5～3小時，將30％的雙氧水以9～20ml/h的滴加速率滴加到該體系中，使雙氧水與釕的體積質量比為1.0～2.0ml∶1mg，該混合物在75～85℃下回流3.5～4.5小時，然后過濾、洗滌，80～150℃干燥，得到水合二氧化釕負載的碳納米管，即RuO₂·xH₂O/CNTs；

(2)將步驟(1)制得的水合二氧化釕負載的碳納米管超聲分散于乙二醇中，加入氯鉑酸，其中釕∶鉑∶乙二醇的質量比為1∶0.5～2∶200～300，調節pH值為6.5～7.5，125～135℃回流1.5～2.5小時，然后過濾、洗滌，65～75℃真空干燥，制得直接甲醇燃料電池陽極催化劑，即Pt-RuO₂·xH₂O/CNTs。