[發明專利]一種直接甲醇燃料電池陽極催化劑的制備

無效

• 申請號: 201310183318.3
• 申請日: 2013-05-17
• 公開（公告）號: CN103296291A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 劉家祥;洪春艷;李敏
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;H01M4/92
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及到一種甲醇燃料電池陽極催化劑的制備方法，具體的說是Pt/Au/Fe₃O₄陽極催化劑的制備方法。

背景技術

甲醇因來源廣泛、運輸方便、能量密度高等特點，成為取代傳統能源的選擇之一。直接甲醇燃料電池(簡稱DMFC)作為燃料電池的一種，具有高能量、無毒無污染等優點，是便攜式電子設備、電動汽車等的理想電源。然而，目前的直接甲醇燃料電池陽極催化劑活性較低，阻礙了DMFC的發展，限制了DMFC的應用。因此，尋找高活性的陽極催化劑是開發利用直接甲醇燃料電池的關鍵問題之一。

Pt以其高催化活性和電化學穩定性成為DMFC的理想陽極催化劑。然而單組分Pt陽極催化劑具有成本高、易被甲醇氧化中間產物CO毒化等缺點，因此尋找一種成本低且CO耐受性強的DMFC陽極催化劑成為了眾多人研究的焦點。現階段研究較多的是Pt基復合型催化劑，其中Pt與Au雙金屬復合材料具有高催化活性及良好抗CO毒化作用。納米Fe₃O₄及其復合材料不僅具有可回收性，還具有良好的導電性、較大比表面積、優良抗腐蝕性等特點，可將其作為電催化劑載體。納米Fe₃O₄或其復合材料作為載體負載貴金屬制備的電催化劑，不僅具有較高的電催化活性，而且還具有較好的長期穩定性。本文以Fe₃O₄納米顆粒作為載體，利用連續還原法負載一定量的Au與Pt納米顆粒制備出了催化性能良好、化學性質穩定的新型陽極催化劑材料Pt/Au/Fe₃O₄。

發明內容

本發明的目的是提供直接甲醇燃料電池陽極催化劑的制備方法，該制備方法是以Fe₃O₄為載體，分別負載Pt和Au納米顆粒最終合成出Pt/Au/Fe₃O₄陽極催化劑。它能有效克服直接甲醇燃料電池陽極催化劑在使用過程中所存在的問題，從而提高對甲醇的催化活性和抗CO毒化的作用。

本發明制備的陽極催化劑是Pt/Au/Fe₃O₄陽極催化劑，其中Pt是催化劑的有效成份。

上述直接甲醇燃料電池陽極催化劑的制備過程如下：

(1)Fe₃O₄納米顆粒制備：量取現配0.1mol/L~0.8mol/L的FeSO₄（或其他可溶性亞鐵鹽）水溶液80mL放入錐形甁中，通30min氮氣除氧，并確保以下操作均在氮氣下進行，在磁力攪拌作用下，向上述溶液加入0.3mol/L~1mol/L的NaOH（也可以是其他強堿或尿素）溶液40mL~60mL，攪拌使其混合均勻，待溶液生成白色沉淀時，再向其中逐滴加入10mL~16mL、2wt%~10wt%的H₂O₂，此時懸濁液顏色逐漸變為棕黑色，繼續在磁力攪拌器上攪拌6小時；

(2)Au/Fe₃O₄顆粒的制備過程：移取0.0001mol/L~0.0051mol/L的Fe₃O₄懸濁液1mL到試管中，超聲分散30min后，在超聲條件下加入上述一種或多種還原劑，2min后逐滴向懸濁液中加入0.1mL~4mL濃度為0.0024mol/L的HAuCl₄溶液，繼續超聲反應15min，用稀酸調節溶液pH值為1~7，超聲分散30min后取出備用；

(3)在超聲條件下向燒杯中加入2mL~12mL的0.0019mol/L的H₂PtCl₆溶液，超聲15min后再逐滴向溶液中加入上述一種或多種還原劑，繼續超聲半小時，新制備一份Au/Fe₃O₄懸濁液加入到上述溶液中超聲混合30min，取出靜置4h后用去離子水、乙醇或乙酮分別清洗數次至無其他離子，真空干燥。

步驟(2)中，THPC與還原劑生成Au形成THPC-Au納米顆粒，負載到Fe₃O₄納米顆粒表面，此時制備出的Au納米顆粒粒徑約為1-20nm左右，Au/Fe₃O₄納米顆粒的粒徑在20-100nm左右。