[發明專利]一種甲醇燃料電池催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201711373761.1
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108054399A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 丁軼;田苗苗;印會鳴
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M4/88;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 李丙林

本發明提供一種甲醇燃料電池催化劑及其制備方法，屬于燃料電池催化劑技術領域。甲醇燃料電池催化劑，包括催化劑內核和附著于催化劑內核外的催化劑外殼，催化劑內核為多孔金屬，催化劑外殼為PtRu合金。其制備方法，包括如下步驟：以多孔金屬作為工作電極、石墨電極作為對電極置于水溶性Pt鹽和Ru鹽混合溶液內。電連接石墨電極和多孔金屬電極，在溫度為2～80℃的條件下電沉積0.1～5h。此制備方法簡單，制備的催化劑具有較高的活性與穩定性，催化劑的工作壽命長并降低了催化劑的制造成本。

技術領域

本發明涉及燃料電池催化劑技術領域，具體而言，涉及一種甲醇燃料電池催化劑及其制備方法。

背景技術

燃料電池是將化學能轉換成電能的裝置，由于具有較高的能源轉換效率，且對環境無污染，在節能減排的大環境背景下，能源危機日益威脅到人類的生活環境，故而新能源技術的開發迫在眉睫。在燃料電池里，其基本原理是陽極的燃料分子在催化劑作用下分解，產生的陽離子通過質子交換膜通往陰極，陽極產生的電子通過外電路到達陰極，陰極的陽離子與外電路到達的電子在陰極催化劑的發生氧化還原反應，在整個過程中，陰陽極發生的化學反應能夠有效的轉換換成電能，而產物只有二氧化碳與水，兩者均是無毒無污染的產物，作為燃料分子可以是液態的甲醇，甲酸與乙醇分子，也可以是氫氣，但是氫氧燃料電池面臨著氫能存儲與運輸等難題，相比之下，甲醇等液體燃料電池在燃料的來源方面受到越來越多的科研工作者的重視。因此，開發利用價格低廉、來源豐富、儲存、攜帶和添加都很方便的甲醇作為燃料的直接甲醇燃料電池(DMFC)，可滿足在智能手機、筆記本、便攜式通訊和醫療設備等移動電源方面的便攜式電子設備日益提高的高能耗需求，最有可能替代和補充目前廣泛使用的二次電池而成為理想的移動電源。

傳統的燃料電池用電催化劑多為碳載型Pt基納米顆粒催化劑，即活性組分以納米顆粒的形式擔載在高比表面碳基載體材料上，在碳載型粉末催化劑中，活性組分與載體之間只存在物理吸附作用，在使用過程中鉑基納米粒子很容易在載體表面遷移、團聚長大，造成催化劑活性表面積降低，進而導致燃料電池在使用過程中性能逐漸下降，工作壽命縮短、可靠性下降。此外，粉末催化劑在作為電極材料使用時需與導質子的nafion樹脂、導電的碳粉混合后噴涂到碳紙上，催化劑顆粒必須與導質子體、導電子體同時接觸才能將反應中產生的質子和電子傳導出去，因此，該工藝容易導致部分催化劑顆粒與nafion樹脂或碳粉接觸不良、不能發揮效用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種甲醇燃料電池催化劑，具有較高的活性與穩定性，催化劑的工作壽命長并降低催化劑的成本。

本發明的另一目的在于提供一種甲醇燃料電池催化劑的制備方法，其制備方法簡單易行，得到的催化劑具有較高的活性與穩定性，催化劑的工作壽命長并降低催化劑的成本。

本發明是采用以下技術方案實現的：

一種甲醇燃料電池催化劑，包括催化劑內核和附著于催化劑內核外的催化劑外殼，催化劑內核為多孔金屬，催化劑外殼為PtRu合金。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，上述多孔金屬為Au、Cu或Ni。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，上述多孔金屬的孔徑為5～50nm。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，上述PtRu合金中，Pt元素與Ru元素的摩爾比為：16/1～1/2。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，上述甲醇燃料電池催化劑為薄膜結構，甲醇燃料電池催化劑的厚度為100～1000nm。

一種甲醇燃料電池催化劑的制備方法，包括如下步驟：

以多孔金屬作為工作電極、石墨電極作為對電極置于水溶性Pt鹽和Ru鹽混合溶液內；

電連接石墨電極和多孔金屬電極，在溫度為2～80℃的條件下電沉積0.1～5h。