[發(fā)明專利]一種制備直接醇類燃料電池用Pd基納米催化劑的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810036180.3
• 申請日: 2008-04-17
• 公開（公告）號: CN101279255A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊輝;王文明;鄒志清;黃慶紅;夏保佳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: B01J23/44
• 分類號: B01J23/44;B01J23/89;H01M4/92
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所
• 代理人: 李強(qiáng);余明偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到直接醇類燃料電池用Pd基納米催化劑的制備技術(shù)。

背景技術(shù)

直接甲醇燃料電池(DMFC)具有燃料來源豐富、儲存與運(yùn)輸方便、低污染、高能量密度、高能量轉(zhuǎn)換效率、對價格的承受力較高等優(yōu)點(diǎn)，適合作為便攜式電源，因而可率先商業(yè)化。但經(jīng)過多年來對DMFC的研究，發(fā)現(xiàn)DMFC還存在以下一些技術(shù)問題：(1)陽極催化劑對燃料甲醇的電催化活性較低，而且易被甲醇氧化的中間產(chǎn)物所毒化；(2)甲醇有毒、易燃等；(3)甲醇易透過Nafion膜，導(dǎo)致甲醇的浪費(fèi)和陰極的“混合電位”效應(yīng)，使電池性能大大降低。針對甲醇的透過問題，人們廣泛開展了抗甲醇氧還原電催化劑的研究。由于Pd較Pt來源豐富、價格便宜，且在酸性介質(zhì)中對甲醇的吸附和氧化呈非活性，同時還具有較好的穩(wěn)定性，因此近5年來，國內(nèi)外已有多個組進(jìn)行鈀合金電催化氧還原反應(yīng)(ORR)的研究。研究結(jié)果表明：在酸性介質(zhì)中，Pd-Co/C、Pd-Ni/C電催化ORR的活性與Pt/C還有一定的差距，Pd-Fe/C、Pd-Co-Au/C、Pd-Co-Mo/C則具有和Pt/C同等的ORR活性或優(yōu)于Pt/C；但在含甲醇的介質(zhì)中Pd基合金電催化劑均具有很高的抗甲醇能力，電催化ORR的活性顯著高于Pt/C。因此，Pd基合金是有很好應(yīng)用前景的、且高抗甲醇的ORR電催化劑。同時，由于DMFC還存在上述技術(shù)難題，因此人們探索替代燃料甲醇的新型燃料電池。

在眾多替代燃料的燃料電池中，直接甲酸燃料電池(DFAFC)具有以下諸多優(yōu)點(diǎn)：(1)與甲醇相比，甲酸具有更高的電化學(xué)活性，當(dāng)使用Pd作為催化劑時，甲酸氧化不產(chǎn)生中間產(chǎn)物，不會導(dǎo)致催化劑的中毒；(2)甲酸無毒、不易燃，存儲和運(yùn)輸安全方便；(3甲酸對Nafion膜的滲透率只有甲醇的1/5；(4)甲酸的最佳工作濃度為約15mol/L，而甲醇僅為約2mol/L；(5)在較低的溫度下，DFAFC就可以產(chǎn)生很大的輸出功率密度，而且甲酸工作濃度較高，不易結(jié)冰，因此DFAFC適合于室溫和低溫下作為微小型移動式電源使用。所以DFAFC很有希望替代DMFC。目前，研究較多的DFAFC陽極催化劑主要為Pd基納米催化劑。但研究發(fā)現(xiàn)Pd對甲酸氧化有非常高的催化活性，而且Pd較Pt便宜，這有利于DFAFC成本的降低，因此，高性能、相對低的價格的納米Pd基催化劑的研制有助于推動DFAFC產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服和解決現(xiàn)有技術(shù)問題，提供一種成本低廉、工藝流程簡單快捷、過程易于控制的制備直接醇類燃料電池用Pd基納米催化劑的方法。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種制備直接醇類燃料電池用Pd基納米催化劑的方法，其特征在于，依次包括以下步驟：

A、將碳載體加入多元醇中或?qū)⑻驾d體與穩(wěn)定劑一起加入多元醇中，分散均勻得含碳漿液；

B、將鈀前驅(qū)體和金屬添加物前驅(qū)體加入分散均勻的含碳漿液中；

C、將獲得的漿液在125～198℃下油浴還原2～10h；

D、將漿液冷至室溫，然后抽濾，反復(fù)超純水洗，再置于烘箱中真空干燥，得Pd基催化劑。

優(yōu)選地是，在步驟D后還包括步驟E，將步驟D得到的Pd基納米催化劑在氮?dú)馀c氫氣的混合氣體中熱處理0.5～4h。

優(yōu)選地是，所述的碳載體選自活性碳XC-72R或活性碳XC-72。

優(yōu)選地是，所述的多元醇為C₂～C₆的多元醇。

更優(yōu)選地是，所述的多元醇為乙二醇。

優(yōu)選地是，所述的穩(wěn)定劑為檸檬酸鈉。

優(yōu)選地是，所述的鈀前驅(qū)體為乙酰丙酮鈀。

優(yōu)選地是，金屬添加物前驅(qū)體為鉑鹽或過渡金屬鹽。

優(yōu)選地是，所述的過渡金屬鹽為銅、鎳、鈷的氯化物、硫酸鹽或硝酸鹽。

優(yōu)選地是，所述的鉑鹽為乙酰丙酮鉑。

本發(fā)明中所述的Pt(acac)₂為乙酰丙酮鉑；Pd(acac)₂為乙酰丙酮鈀。

本發(fā)明通過乙二醇還原直接制備或通過乙二醇還原后進(jìn)一步熱處理得到Pd基納米催化劑，是一種制備過程簡單、便于操作、流程短、回收率高、環(huán)境友好的制備技術(shù)。本發(fā)明制備的Pd/C具有電催化氧化甲酸活性高，Pd-Pt/C合金納米粒子具有電催化ORR活性高、抗甲醇能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，因此本發(fā)明制備的Pd基納米化劑可用作DMFC的陰極催化劑和DFAFC的陽極催化劑。

附圖說明