[發明專利]一種TiO2@C負載PdAg直接甲醇燃料電池陽極催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201410188897.5
• 申請日: 2014-05-07
• 公開（公告）號: CN104022292B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發明（設計）人: 鞠劍峰;石玉軍;高強;吳東輝;蘇廣均;華平;李建華
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/92;B01J23/50;B82Y30/00
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 張曉霞

?

技術領域

本發明涉及多孔空心TiO₂@C負載PdAg直接甲醇燃料電池陽極催化劑及制備方法。

背景技術

直接甲醇燃料電池（Direct?Methanol?Fuel?Cell,?DMFC）具有能耗少、能量密度高、甲醇來源豐富、價格便宜、系統簡單、運行便捷和噪聲低等優點，被認為是未來汽車動力和其它交通工具最有希望的化學電源，引起人們的廣泛關注。DMFC最關鍵的材料之一是電極催化劑，它直接影響電池的性能、穩定性、使用壽命及制造成本。貴金屬Pt在低溫條件下（小于80℃）具有優異的催化性能，目前DMFC的電極催化劑均以Pt為主要成分，其中PtRu催化劑比純Pt具有更強的抗CO中毒性能和更高的催化活性，被認為是目前DMFC最佳的催化劑，但是由于其價格昂貴、Ag易溶等缺陷，在DMFC中的利用率還達不到商業化的要求。人們進行了大量研究制備多元復合催化劑以提高其催化活性，提高抗CO毒化能力。如有報道制備了PtAgTiO_X/C?和Au/TiO₂PtAg催化劑，TiO₂復合可以減少催化劑中貴金屬Pt的用量，提高催化性能和抗CO毒化能力，但這些催化劑中貴金屬Pt的用量仍然很高，且催化劑以C為載體，C載體在實際應用過程中易氧化，影響催化劑的穩定性和電池的性能。多孔空心TiO₂@C為載體制備直接甲醇燃料電池非鉑陽極催化劑還未見報道。

?

發明內容

本發明的目的在于提供一種可降低直接甲醇燃料電池催化劑成本，提高其穩定性、對甲醇的催化活性和抗CO毒化能力的直接甲醇燃料電池非鉑陽極催化劑及制備方法。

本發明的技術解決方案是：

一種多孔空心TiO₂@C負載PdAg直接甲醇燃料電池陽極催化劑，所述催化劑由多孔空心TiO₂@C載體與PdAg納米合金組成，其特征在于：多孔空心TiO₂@C載體的含量為催化劑總質量的97~99?%，多孔空心?TiO₂與C的質量比m_TiO2:m_C為1:1~3:7，PdAg納米合金的含量之和為催化劑總質量的1~3?%，PdAg的摩爾比n_Pd:n_Ag為7:3，1:1，或3:7。

進一步的，所述C為Vulcan?XC-72。

一種多孔空心TiO₂@C負載PdAg直接甲醇燃料電池陽極催化劑的制備方法包括下列步驟：

（1）多孔空心TiO₂納米球的制備：采用溶膠-凝膠法，將計算量的鈦酸丁酯溶于一定量的無水乙醇，加入一定量的表面活性劑PEG-600和Vulcan?XC-72，攪拌下滴加無水乙醇、冰醋酸和去離子水的混合物，水解形成溶膠后繼續攪拌，待形成凝膠后靜置2-3天，80?℃真空干燥8-10?小時后得到的粉末研磨后在馬弗爐中400-600?℃空氣焙燒3?小時，制得多孔空心TiO₂納米球；制備溶膠時鈦酸丁酯、無水乙醇、冰醋酸、去離子水的用量摩爾比為：n_鈦酸丁酯：n_無水乙醇：n_冰醋酸：n_去離子水=1:20~40:1~2.5:2~6；PEG-600用量為鈦酸丁酯、無水乙醇、去離子水和冰醋酸總體積的1%；Vulcan?XC-72的用量為鈦酸丁酯完全水解最后生成TiO₂理論量的30%；

（2）多孔空心TiO₂@C納米載體的制備：稱取一定量的Vulcan?XC-72加入到去離子水中，超聲分散30分鐘，劇烈攪拌下加入計算量的多孔空心TiO₂納米球，形成漿液，繼續攪拌1小時，過濾，去離子水洗滌，80℃真空干燥，制得多孔空心TiO₂@C納米載體；其中多孔空心?TiO₂與C的質量比m_TiO2:m_C為1:1~3:7；

（3）將多孔空心TiO₂@C納米載體按50-100毫克/毫升的比例加入到乙二醇中，超聲分散均勻，形成多孔空心TiO₂@C分散液；