[發明專利]直接甲醇燃料電池陽極催化劑及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 200710032264.5
• 申請日: 2007-12-07
• 公開（公告）號: CN101176844A
• 公開（公告）日: 2008-05-14
• 發明（設計）人: 楊紅艷;李偉善
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: B01J23/652
• 分類號: B01J23/652;H01M4/92
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 楊曉松

????????????????????????技術領域

本發明涉及燃料電池催化劑技術，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和應用。

????????????????????????背景技術

燃料電池是把化學能直接連續轉化為電能的高效潔凈發電裝置，以氫氣、甲烷等有機小分子作為燃料。但是由于氫的儲存、運輸和使用過程存在很大的安全隱患，而且建立完善的運輸、中轉、消費系統需要昂貴的成本，因此，用液體燃料來代替氫作為燃料體現出較高的可行性。以甲醇為燃料的直接甲醇燃料電池，具有電池質量(或體積)能量密度高和環境污染小，運行溫度低的優點，在手提電腦、電動汽車等領域都具有廣闊的發展前景。

目前，直接甲醇燃料電池存在的主要問題是陽極甲醇氧化困難，甲醇滲透使陰極催化劑活性降低等。直接甲醇燃料電池的陽極材料多采用Pt系金屬，以Pt為甲醇氧化的催化劑面臨的最大問題就是催化劑中毒，開發抗CO中毒性能的陽極電催化劑是解決CO中毒問題最有效的方法。通常認為，具有氧化還原特性的過渡金屬氧化物如RuO_xH_y、TiO₂、MoO₃、WO₃等作為助催化劑時，可以提高Pt催化劑的抗中毒能力。其中，以鉑氫鎢青銅作為堿性直接甲醇燃料電池的陽極催化劑還未見報道。

????????????????????????發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種直接甲醇燃料電池陽極催化劑，該催化劑具有高的甲醇催化氧化活性。

本發明的另一目的在于提供一種上述直接甲醇燃料電池陽極催化劑的制備方法，該方法操作簡易，成本低，可控性強。

本發明的再一目的在于提供所述直接甲醇燃料電池陽極催化劑作為堿性直接甲醇燃料電池陽極催化劑的應用。

本發明的目的通過下述技術方案實現：一種直接甲醇燃料電池陽極催化劑，是一種鉑基復合催化劑，其基本結構式為Pt-H_xWO₃(0＜x≤1)。

一種直接甲醇燃料電池陽極催化劑的制備方法，其特征在于包括下述步驟：將一定濃度的H₂SO₄、H₂PtCl₆和Na₂WO₄的混合溶液在一定電位范圍內采用循環伏安法在碳質材料上電沉積即可制得所述直接甲醇燃料電池陽極催化劑。

所述直接甲醇燃料電池陽極催化劑的制備方法，其特征在于具體包括下述步驟：

(1)將摩爾比為1∶5～1∶50的氯鉑酸與鎢酸鈉溶于濃度為0.55～3mol?L^-1的硫酸中，配成均勻的淺黃色溶液；

(2)將碳質材料置于步驟(1)所配制的溶液中，在-0.65～0.45V電位范圍內進行循環伏安掃描電沉積，即可制得所述直接甲醇燃料電池陽極催化劑。

所述步驟(2)中碳質材料為電極、納米碳管、活性炭、乙炔黑或石墨等。

所述步驟(2)中循環伏安掃描次數為20～80次。

本發明的制備方法在室溫條件下即可進行，制備本直接甲醇燃料電池陽極催化劑要求電解液必須是新鮮配制溶液，此混合溶液長期放置會變質生成乳白色沉淀，而導致制備的催化劑穩定性不好。

將所述的直接甲醇燃料電池陽極催化劑放入堿性甲醇溶液中進行循環伏安掃描，其掃描結果表明所述的直接甲醇燃料電池陽極催化劑對堿性甲醇溶液中的甲醇氧化有很高的催化活性，表明其可作為堿性直接甲醇燃料電池陽極催化劑的應用。

本發明的作用原理是：電沉積的氫鎢青銅H_xWO₃是一種網狀物質，導電性好，與鉑共沉積時使活性鉑裸露面積增大，很好地分散了金屬鉑，大大提高了鉑的利用率。另外，氫鎢青銅H_xWO₃在一定電位范圍內循環，高低氫鎢青銅偶對連續交替的生成，并氧化吸附在電極表面的毒性中間體，使電極表面得到凈化。伴隨高低鎢青銅偶對的轉化，質子等小分子可逆的嵌/脫進入H_xWO₃內部生成H_yWO₃，反應方程式如下：