[發明專利]一種以富勒烯花球為載體的燃料電池催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201410209630.X
• 申請日: 2014-05-19
• 公開（公告）號: CN103990491A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 張煊;張蓓;李旭東
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B01J31/02
• 分類號: B01J31/02;B01J23/42;B01J32/00;H01M4/90;H01M4/92
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達

技術領域

本發明屬于燃料電池催化劑領域，特別涉及一種以富勒烯花球為載體的燃料電池催化劑的制備方法。?

背景技術

能源危機和環境污染是目前全球面臨的兩大難題。燃料電池是近年來發展迅速的具有廣闊應用前景的一種清潔能源。其中尤以質子交換膜燃料電池(PEMFC)中的直接甲醇燃料電池(DMFC)備受關注。DMFC的研究已經取得了很多重要的技術突破，但是通過發展高效催化劑降低成本仍然是亟待解決的關鍵問題(Qiao?Y.,et?al,J.Mater.Chem.,2011,21,4027-4036)。通過將金屬催化劑負載到碳材料表面是目前常用的提高催化劑催化性能和降低成本的有效方法(Wang?Y.-J.,et?al,Chem.Rev.,2011,111,7625-7651)。一般用于催化劑載體的碳材料主要有導電碳黑、碳納米管和石墨烯，但富勒烯的應用報道較少(Vinodgopal?K,et?al.,Nano?Lett.,2004,4,415-418)。富勒烯特殊的分子結構和可控的自組裝性質，為制備具有大比表積的催化劑載體提供了可能(Dubacheva?G.V.,et?al,Coord.Chem.Rev.,2012,256,2628–2639)。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種以富勒烯花球為載體的燃料電池催化劑的制備方法，該方法克服了一般碳材料催化劑載體比表面積較小、催化劑合成復雜和催化性能差等缺點。?

本發明的一種以富勒烯花球為載體的燃料電池催化劑的制備方法，包括：?

(1)氮氣保護下，將富勒烯C₆₀、對異丙酯基苯甲醛和肌氨酸在甲苯中90-115℃回流反應5-10h，然后濃縮、分離提純、重結晶，得到N-甲基-2-(4-異丙酯基苯基)[60]富勒烯吡咯烷衍生物；?

(2)將上述N-甲基-2-(4-異丙酯基苯基)[60]富勒烯吡咯烷衍生物溶解在有機溶劑中，然后滴在導電玻璃基底上自然干燥進行自組裝，即得富勒烯花球修飾的導電玻璃基底；?

(3)將上述導電玻璃基底作為工作電極，置入氯鉑酸溶液中，利用循環伏安法進行金屬鉑沉積，即得以富勒烯花球為載體的燃料電池催化劑。?

所述步驟(1)中的富勒烯C₆₀、對異丙酯基苯甲醛和肌氨酸的質量比為2:1.6:1。?

所述步驟(1)中的分離提純為硅膠色譜分離提純，其中洗脫劑為甲苯。?

所述步驟(1)中的重結晶所用的溶劑為體積比15:2的氯仿和正己烷。?

所述步驟(1)中的N-甲基-2-(4-異丙酯基苯基)[60]富勒烯吡咯烷衍生物的結構式為：?

所述步驟(2)中的有機溶劑為體積比10:1的氯仿和乙醇。?

所述步驟(2)中的導電玻璃為鍍有氧化銦錫膜的ITO導電玻璃。?

所述步驟(2)中的自然干燥時間為0.5～2h。?

所述步驟(3)中的氯鉑酸溶液的濃度為0.01M。?

所述步驟(3)中的循環伏安法工藝條件為：對電極為鉑絲電極，參比電極為飽和甘汞電極，電解液為N₂飽和的2.0M?CH₃OH和1.0M?H₂SO₄溶液，電解液溫度為20～25℃，電位掃描速度為50mV/s，電位掃描范圍為-0.2～1.0V。?

所述電化學沉積分別為循環伏安法掃描1圈、3圈或5圈。?

本發明中使用的電化學工作站為CHI660D(上海辰華儀器公司)，掃描電鏡為S-4800(日立)。?

有益效果

(1)本發明克服了一般碳材料催化劑載體比表面積較小、催化劑合成復雜和催化性能差等缺點；?

(2)本發明結合了大比表面積的富勒烯花球作載體與快速的電化學沉積金屬催化劑方法，制備了燃料電池催化劑；?

(3)本發明制備方法簡單快速，制備的催化劑性能好以及對甲醇催化氧化性能好，在燃料電池中具有潛在應用前景。?

附圖說明

圖1是ITO導電玻璃基底上富勒烯花球的掃描電鏡圖。?

圖2是以富勒烯花球為載體的Pt催化劑在不同Pt沉積量下的甲醇電催化氧化循環伏安曲線。?

具體實施方式