[發明專利]用于甲醇重整器燃燒室以多孔泡沫鋁為載體的鉑催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201410210544.0
• 申請日: 2014-05-19
• 公開（公告）號: CN103949244A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 張雪林;陳海龍;張宇峰;劉曉為
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;H01M4/92
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于質子交換陶瓷膜燃料電池燃料領域，涉及一種用于甲醇重整器燃燒室的鉑基催化劑的制備方法。

背景技術

目前正在研究的新型能源主要包括核能、風能、太陽能、地熱能、生物質能和燃料電池等，其中燃料電池具有效率高、結構簡單和污染小甚至無污染等特點，由于最近機械加工技術的日益進步，使其在價格和性能上可以與傳統能源相競爭，燃料電池技術越來越受到人們的重視。與其他類型的燃料電池相比，直接甲醇燃料電池（DMFC）更合適可作為便攜能源，其具有高效、高能量密度、體積較小、燃料價格低廉、環境污染小、便于持久供能等優點，可廣泛應用于微機電系統、微電子設備、微型機器人、微型醫療器械、個人移動通訊設備等，是一種具有廣闊市場應用前景的高新技術。但是仍然有一些技術問題制約著直接甲醇燃料電池的發展，其中的重要一項便是甲醇由于滲透在陰極產生混合電位，降低了開路電壓和電流密度。為解決此問題，研究人員開發了一種甲醇重整燃料電池，特點是將高濃度甲醇重整為氫氣后供給陽極作為燃料，其主要設備有重整反應室、燃燒室、氣體凈化處理器和儲氫罐等。燃燒室為重整反應室提供熱量；氣體凈化處理器用于降低富氫產物中的CO含量；儲氫罐用于存儲氫氣，可以使供電設備過度負載時燃料電池對氫燃料的過度需求。

燃燒室肩負著給重整反應室提供能量的重任，其能量產生方式通常為氧化反應釋放的熱量，即在催化劑作用下，通入的氫氣和氧氣發生反應產生焦耳熱。燃燒室中通常采用鉑基催化劑，但是目前燃燒室內存在催化劑分布不均勻，催化效率不高的問題，以至于不能持續高效使得氫氣和氧氣燃燒供熱，無法達到重整反應室的熱量需求。

發明內容

本發明的目的是提供一種以微弧氧化技術改性的多孔泡沫鋁為載體的鉑催化劑的制備方法，可有效解決現有甲醇重整器燃燒室中氫氣與鉑接觸不充分、催化劑利用率低以及催化劑骨架對催化劑有負面影響等問題。?

本發明的目的是通過如下技術方案實現的：

一種用于甲醇重整器燃燒室以微弧氧化改性的多孔泡沫鋁為載體的鉑催化劑的制備方法，首先對多孔泡沫鋁進行表面改性處理，然后在其表面制備用于甲醇重整器燃燒室的催化劑，具體制備步驟如下：

?一、以多孔泡沫鋁作為陽極，置于含有鋁酸鹽、硅酸鹽、氟鋯酸鹽、次亞磷酸鈉中的一種或兩種的電解液中，所述電解液中各成分的含量為5-20g/L，施加直流或交流電壓進行微弧氧化處理，處理時間為10-120分鐘，在泡沫鋁的表面形成一層多孔的氧化陶瓷膜，該陶瓷膜是由致密的內層和粗糙多孔的外層組成的雙層結構。

二、微弧氧化處理后，在陶瓷膜的表面采用浸漬法進行Pt基催化劑的擔載：使用氯鉑酸為前驅體，在氯鉑酸中依次加入甲醛和氫氧化鈉溶液，超聲攪拌后置入多孔泡沫鋁，升溫至80~95℃后停止加熱，冷卻、過濾。本發明相對于現有技術的創新點在于，采取了多孔泡沫金屬鋁，并進行表面改性，提高了催化劑載體的比表面積，采用此種結構的催化劑載體仍然使用氫氣作為反應物，與空氣發生氧化反應，釋放熱量供給重整反應室。對于催化劑載體的改進之處在于，采取了多孔泡沫金屬鋁作為催化劑載體的骨架，對其表面進行改性，即氧化，生成一層多孔的氧化鋁陶瓷膜，相對于在其他多孔泡沫金屬上，通過浸泡氧化鋁膠體再干燥形成氧化鋁陶瓷層的方法，能夠做到孔致密度、厚度可調節，氧化鋁陶瓷膜覆蓋完整且不易脫落。將改性完成的多孔泡沫金屬鋁浸漬在Pt基催化劑鹽溶液中，通過浸漬法擔載Pt基催化劑，浸漬過程中，鹽溶液通過毛細作用進入氧化鋁薄陶瓷膜的多孔結構。在泡沫金屬孔隙度不變的情況下，通過表面的多孔層增加了反應物與催化劑的接觸面積，提高了催化劑利用率。

本發明所述Pt基催化劑載體，即多孔泡沫金屬鋁表面改性，其骨架形狀與孔隙度均可進行改變，氧化陶瓷膜厚度、組成及孔隙度可控。

本發明具有以下優點：

（1）泡沫鋁呈三維多孔結構，比表面積比同等體積的載體要大，當表面覆蓋了催化劑時，會使得氫氣與催化劑的接觸更加充分，有利于提升熱量產出效率，供給甲醇重整反應室；

（2）當在泡沫鋁表面增加一層多孔氧化物陶瓷膜之后，陶瓷膜疏松多孔的表面結構，增強了催化劑與泡沫鋁的結合力，進一步提高氫氣與催化劑的接觸面積，提高催化劑利用率；

（3）氧化物陶瓷膜包覆泡沫金屬鋁骨架后，可提高金屬鋁表面的穩定性；

（4）催化劑的擔載過程簡化，只需浸漬或者沉積，然后分解、還原催化劑即可，也可以直接擔載成品催化劑；

（5）工藝簡單，成本低廉，穩定性好，利于推廣應用。

附圖說明：