[發明專利]一種甲醇燃料電池陽極材料催化劑及制備方法

無效

• 申請號: 201210257453.3
• 申請日: 2012-07-24
• 公開（公告）號: CN102751513A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 袁軍華;洪麗姬;賀泊;魯娟;胡建國;金曉麗
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;B01J27/19
• 代理公司: 金華科源專利事務所有限公司 33103
• 代理人: 胡杰平

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，特別是一種甲醇燃料電池陽極材料催化劑及制備方法。

背景技術

甲醇燃料電池由于其具有比能量密度大，能量轉換率高，操作溫度低以及近污染零排放等特性而受到人們青睞。但它的成本高，催化活性和持久性還不能滿足商業化的需求。在過去幾十年，甲醇燃料電池技術已經有了很大的提高。但開發高活性的、長壽命，低成本的陽極電催化劑依然是一項長期工作。

現有的甲醇燃料電池中的陽極催化劑普遍采用鉑/碳復合材料，其中，鉑是負載在碳材料的表面上。甲醇的氧化發生在鉑金屬的表面。由于該反應過程涉及到多個電子的轉移，這使得甲醇的電化學氧化過程非常遲緩。而且，由于反應過程中產生的中間產物主要是一氧化碳，容易造成催化劑中毒，并使得鉑的活性降低，造成甲醇燃料電池能量轉換率低的缺陷。

發明內容

本發明的目的是針對現有的甲醇燃料電池中的陽極催化劑所存在對甲醇的催化氧化效率不高，鉑易中毒的不足之處，提供的一種對甲醇有極好的電化學催化活性和抗CO中毒能力的甲醇燃料電池陽極材料催化劑及其制備方法。

本發明一種甲醇燃料電池陽極材料催化劑，該催化劑為磷鉬酸鉑銥碳納米管復合材料，是由磷鉬酸（H₃PMo₁₂O₄₀，PMo）、多壁碳納米管（MWCNT）和鉑銥合金納米粒子（PtIr）組成，其組成表示為PMo/PtIr/MWCNT；其中，甲醇燃料電池陽極材料催化劑的組份的重量配比為：磷鉬酸∶多壁碳納米管∶鉑銥合金納米粒子為1～5份∶80～90份∶10～20份。

制備甲醇燃料電池陽極材料催化劑的原料采用銥的氯化物、鉑的氯化物、多壁碳納米管、磷鉬酸、乙二醇和水，其中，制備甲醇燃料電池陽極材料催化劑原料的重量配比為：銥的氯化物∶鉑的氯化物∶多壁碳納米管∶磷鉬酸∶乙二醇∶水為1～3份∶5～11份∶4～6份∶4～6份∶1000～20000份∶1000～20000份。

甲醇燃料電池陽極材料催化劑的制備方法是：將多壁碳納米管在去離子水中超聲分散，加入雙氧水到多壁碳納米管分散液中煮沸，冷卻后，加入濃鹽酸回流，離心過濾，收集沉淀，并用去離子水洗滌沉淀，至濾液為中性，沉淀在真空干燥，得到純化的多壁碳納米管；再將純化的多壁碳納米管與磷鉬酸和去離子水加入錐形瓶中，進行超聲分散；然后在該錐形瓶中加入銥的氯化物、鉑的氯化物和乙二醇，經超聲分散后，將該錐形瓶中溶液倒入帶有磁子的圓底燒瓶中，圓底燒瓶中的溶液通入氮氣以除去溶液中氧氣，置于油浴鍋，并在氮氣保護下攪拌回流，得到沉淀物，沉淀物經離心分離、洗滌、真空干燥，得到PMo/PtIr/MWCNT催化劑。

本發明一種甲醇燃料電池陽極材料催化劑的制備方法包括以下步驟：

1、將多壁碳納米管在去離子水中超聲分散，加入雙氧水到多壁碳納米管分散液中煮沸，冷卻后，加入濃鹽酸回流，離心過濾，收集沉淀物，并用去離子水洗滌沉淀，至濾液pH值為5～8，沉淀物在80～120℃真空干燥，得到純化的多壁碳納米管；

2、將步驟1中得到的純化的多壁碳納米管4～6份、磷鉬酸4～6份、去離子水1000-20000份加入到錐形瓶中進行超聲分散處理；

3、在步驟2中的錐形瓶中加入銥的氯化物1～3份，鉑的氯化物5～11份和乙二醇1000～20000份，超聲分散0.5～2小時；

4、將步驟3中的溶液倒入帶有磁子的圓底燒瓶中，溶液中通入氮氣10～30分鐘后，置于油浴鍋，并在氮氣保護下攪拌高溫回流，得到沉淀物，沉淀物經離心分離、洗滌、真空干燥，得到PMo/PtIr/MWCNT催化劑。

在所述的甲醇燃料電池陽極材料催化劑的制備方法中，在步驟1中所述的多壁碳納米管在去離子水中超聲分散時間為10～60分鐘，加入雙氧水到多壁碳納米管分散液中煮沸時間為3～12小時，加入濃鹽酸回流時間為4～12小時。

在所述的甲醇燃料電池陽極材料催化劑的制備方法中，在步驟2中超聲處理所用裝置為超聲清洗器，超聲清洗器的工作頻率為25～45Hz赫茲，超聲分散時間為12～48小時。

在所述的甲醇燃料電池陽極材料催化劑的制備方法中，在步驟3中所述的銥的氯化物為氯銥酸、氯銥酸銨、三氯化銥、四氯化銥或二氯化銥中一種或一種以上。

在所述的甲醇燃料電池陽極材料催化劑的制備方法中，在步驟3中所述的鉑的氯化物為氯鉑酸、氯鉑酸鉀、氯鉑酸銨、氯鉑酸鈉、氯亞鉑酸鉀、氯亞鉑酸鈉、氯亞鉑酸銨、四氯化鉑或二氯化鉑中的一種或一種以上。