[發明專利]一種用于提高甲酸燃料電池電氧化活性的實現方法

有效

• 申請號: 201710990662.1
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107834079B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 高道偉;呂一品;李書娜;陳國柱
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M8/1011;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 青島致嘉知識產權代理事務所(普通合伙) 37236
• 代理人: 龐慶芳

本發明涉及一種用于提高甲酸燃料電池電氧化活性的實現方法。甲酸電氧化測試是在0.5M H₂SO₄+0.25M HCOOH電解質中進行循環伏安測試，以制備得到的多角PtCoFe為甲酸燃料電池電氧化催化劑，催化劑制備以氯鉑酸，氯化鈷和三氯化鐵為原料，以PVP為還原劑和保護劑，加入特定含量的CTAB和NaBr，在氫氣還原氣氛下制備得到選擇性較高的多角形貌PtCoFe合金納米粒子，制備方法綠色清潔。獲得的多角PtCoFe合金納米粒子臺階原子多，活性位密度高，在甲酸燃料電池電氧化催化實驗中顯示出優異的電催化活性，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于甲酸燃料電池性能研究領域。具體的說，本發明是采用多角形貌PtCoFe合金納米粒子提高催化氧化甲酸燃料電池電氧化性能。

背景技術

貴金屬Pt納米結構催化劑由于其優異的催化性能和熱穩定性，廣泛地應用于工業催化，生物仿生，電催化等領域。但由于在實際應用中的一些制約因素，如易中毒，壽命短以及價格高昂，使得這種優異的納米催化劑無法進一步推廣及應用。研究工作者為了解決這些問題，目前常采用將價格低廉的3d過渡金屬元素部分替代Pt，形成Pt基二元/多元合金催化劑，并且通過條件控制，探究其形貌，組成與催化性能穩定性的關系。

在眾多過渡金屬元素中，Co和Fe分別作為地球上較為豐富的過渡金屬元素之一，是Pt基二元合金較好的選擇。目前鮮有制備PtCoFe合金納米粒子的報道，且這些方法都是有機溶劑大分子作為溶劑，合成出來的PtCoFe合金納米粒子大多數被有機物包裹，活性位不能暴露，無法與反應物相接觸。因此設計和開發水溶液制備PtCoFe合金納米粒子具有重要的意義。本發明開發的一種制備多角 PtCoFe合金納米粒子的方法，大大提高了Pt的臺階原子數，增加了PtCoFe合金的活性位密度。

燃料電池被認為是不久的將來可替代傳統的內燃機的重要的動力裝置。質子交換膜燃料電池另一重要特點在于其既可以清潔能源如氫氣等作為燃料，也能夠以可再生的小分子有機物如甲酸、乙醇、甲醇等為燃料。根據之前的研究表明， Pt催化劑是質子交換膜燃料電池中催化性能最好的催化劑，但是Pt催化劑高昂的成本和利用率在一定程度上限制了燃料電池的應用前景，因此制備用于改進提高電催化性能的催化劑已成為當前迫切急需解決的問題。

發明內容

針對上述技術問題，本發明解決了目前Pt納米結構催化劑存在易中毒，壽命短、價格高昂以及現有技術的催化劑催化活性較低等技術問題，制備一種高密度活性位的多角形貌PtCoFe合金納米催化劑，提高Pt納米結構催化劑的甲酸電氧化性能。

為實現上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

甲酸燃料電池電氧化測試方法：陽極電氧化性能測試采用常規的三電極體系，在CHI650D型電化學工作站上進行，以飽和甘汞電極為參比電極，對電極為一根鉑絲，而工作電極為直徑為3mm的玻碳電極，取一定量多角形貌PtCoFe 合金納米催化劑懸浮液滴到玻碳電極電極的表面上在紅外燈下干燥，接著將工作電極滴有樣品的一端對著紫外臭氧燈相隔5mm照射12h以除去樣品表面的有機物分子，然后在工作電極的表面滴上1.5μL的0.5wt％乙醇稀釋的Nafion溶液，催化劑電化學活化面積測試以0.5M H₂SO₄溶液作為電解質，實驗前先通30min 的高純N₂對電解質除氧，接著以50mV/s速率進行循環伏安掃描，設定的掃描范圍是-0.24～1.0V，實驗過程中保持溶液上方為N₂氣氛，甲酸電氧化測試是在 0.5M H₂SO₄+0.25M HCOOH電解質中進行，循環伏安測試之前，通高純N₂吹掃30min用來除去電解質中的溶解氧，設定的掃描范圍為-0.2～1.0V，確定掃描速度為50mV/s，電流密度以工作電極上單位催化劑電化學活化面積上的電流表示，每個工作電極以50mV/s的速率循環掃描處理50圈得到的穩定的循環伏安曲線，而一種多角形貌PtCoFe合金納米催化劑制備方法的實驗步驟如下：