[發明專利]一種鈦鎢氧化物包覆碳納米管載鉑電催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201310355675.3
• 申請日: 2013-08-15
• 公開（公告）號: CN103394350A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 魏子棟;汪虹敏;陳四國;丁煒;張薇薇;王紫娟
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B01J23/652
• 分類號: B01J23/652;B01J32/00;H01M4/88;H01M4/86;H01M4/92
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技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，特別涉及一種鈦鎢氧化物包覆碳納米管載鉑電催化劑的制備方法。

背景技術

燃料電池是一種直接將化學能轉化為電能的裝置。它具有能量轉化效率高、環境友好、操作溫度低、低溫快速啟動、比功率與比能量高等突出特點，被認為是未來電動汽車及其它民用場合最有希望的化學電源。碳載鉑催化劑具有突出的催化活性，被視作理想的燃料電池催化劑。然而，碳載體與鉑之間相互作用弱、碳載體易發生腐蝕，納米鉑顆粒很容易在載體表面遷移、團聚長大，甚至流失，導致催化劑活性衰減，最終導致燃料電池使用壽命縮短。因此，開發穩定高效的新型燃料電池催化劑具有重要意義。

近年來國內外針對燃料電池催化劑穩定性和活性做了大量的研究。中國發明專利CN?103022520?A公開了“一種燃料電池催化劑Pt/WO₃及其應用”，以氧化硅分子篩為模板制備的介孔WO₃為載體，負載鉑納米顆粒得到Pt/WO₃陽極催化劑。該方法一定程度地提高催化劑的穩定性。但是，較差的導電性阻礙了電子傳遞，導致催化劑活性差鉑利用率低。中國發明專利CN?102664276?A公開了“一種TiO₂修飾碳載Pt電催化劑及其制備方法”，通過室溫自然揮發干燥制得的無定形TiO₂修飾碳納米管，再采用微波法將MoO₃（或WO₃）顆粒沉積在TiO₂修飾碳納米管上，制備負載鉑電催化劑。該方法制備的催化劑呈現出良好的甲醇電催化氧化活性。但無定形TiO₂和修飾在表面的MoO₃（或WO₃）顆粒阻礙了電子傳遞，導致催化劑難以在大電流下穩定工作；此外，MoO₃（或WO₃）以分布不均的顆粒形式存在，對提高催化活性貢獻小。中國發明專利CN?102945970?A公開了“增強直接醇類燃料電池催化劑穩定性和導電性方法”，在金屬氧化物納米管表面包覆氮碳層，再將催化劑負載在氮碳表面。該方法增強了導電性，但是表面氮碳層腐蝕問題致使催化劑穩定性仍然較差。中國發明專利CN?102522571?A“一種質子交換膜燃料電池催化劑復合載體的制備方法”、中國發明專利CN?101404331?A“一種用于質子交換膜燃料電池的催化劑及其制備方法”和中國發明專利CN?102101056?A“經氧化物修飾的高穩定性燃料電池催化劑及其制備方法”，采用水熱法或浸漬法將金屬氧化物擔載于碳載體之上制備復合載體應用于燃料電池。這些方法均通過金屬氧化物顆粒表面修飾碳載體，增強了載體與鉑的相互作用，一定程度上提高了催化劑的穩定性。然而，碳載體依然直接暴露在腐蝕環境中，載體腐蝕和催化劑流失的情況依然嚴重。

發明內容

本發明的目的是針對現有燃料電池陰極催化劑穩定性和活性較差的缺點，提供一種鈦鎢氧化物包覆碳納米管載鉑電催化劑的制備方法。本發明采用溶膠凝膠法在碳納米管表面均勻包覆鈦鎢氧化物，再通過熱處理形成結晶度高、電導率高的鈦鎢氧化物包覆層，并以此負載鉑催化劑。一方面，高度結晶的鈦鎢氧化物均勻包覆碳納米管，構建電子互傳通道增強導電性，有效避免載體的腐蝕和抑制催化劑流失，極大的提高催化劑的活性、穩定性和鉑利用率。另一方面，鈦鎢氧化物包覆層加速分解氧還原中間產物過氧化氫，降低了過氧化氫的產率，減小了過氧化氫對催化劑和電解質膜的影響，從而延長燃料電池系統的使用壽命。

本發明的目的是這樣實現的：一種鈦鎢氧化物包覆碳納米管載鉑電催化劑的制備方法，其具體方法步驟包括

（1）碳納米管的純化

稱取1克市售的碳納米管，加入160毫升濃硝酸，加熱回流3小時，冷卻，超純水稀釋，濾出上層清液，多次離心洗滌，烘干，研磨后得到純化的碳納米管。

（2）鈦鎢氧化物包覆碳納米管的制備