[發(fā)明專利]一種燃料電池3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)PdRh合金電催化劑的制備方法及應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN109802143B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周新文;胡青云;陳迪;張榮華;郭逸飛
• 申請（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M4/92;B22F9/24;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 成鋼

本發(fā)明的技術(shù)方案提供了一種燃料電池3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)PdRh合金電催化劑的制備方法，稱取P123和溴化鉀溶于去離子水中，超聲分散至均勻，攪拌下加熱回流，并向其中滴入氯亞鈀酸鉀溶液，生成沉淀；再滴入已超聲分散至均勻的氯化銠溶液，在110~120℃的條件下反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后，停止加熱，通冷凝水，冷卻后用去離子水和無水乙醇洗滌，即得到燃料電池PdRh合金電催化劑。所述的P123同時充當(dāng)還原劑和保護劑，H2O作溶劑，未使用任何有機試劑以及表面活性劑。使用KBr為形貌控制劑，制備PdRh合金電催化劑具備3D網(wǎng)狀納米結(jié)構(gòu)。所制備的催化劑具有優(yōu)良的電催化氧化甲醇性能，在直接甲醇燃料電池中有較大的應(yīng)用和發(fā)展前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及陽極催化劑的制備方法，尤其是涉及了一種直接甲醇燃料電池3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)PdRh合金電催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種清潔高效的分散發(fā)電技術(shù)，是一種將貯存在燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的高效轉(zhuǎn)換裝置，不經(jīng)過熱機過程，不受卡諾循環(huán)的限制，轉(zhuǎn)換效率極高。

直接甲醇燃料電池（DMFC），它屬于質(zhì)子交換膜燃料電池中的一類。甲醇是一種可持續(xù)發(fā)展的生物能源，甲醇的來源豐富，且制備方法多樣化，且無有害氣體放出，因此DMFC是一種極具前景的二次新能源。甲醇燃料電池，不需要高壓儲氫罐，原料成本低廉，運行溫度低范圍廣，轉(zhuǎn)換效率高，環(huán)境友好，儲存時間和使用壽命長。隨著能源危機和環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，因此大力發(fā)展甲醇能源產(chǎn)業(yè)，可以有效解決我國能源對外能源的依賴，也有效降低PM2.5和碳排放，實現(xiàn)能源的綠色化利用，甲醇燃料電池具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在通過控制形貌控制來提高催化劑的催化性能，制備一種具有優(yōu)良甲醇催化性能的燃料電池PdRh納米電催化劑。采用液相還原法，通過連續(xù)還原反應(yīng)，以P123為還原劑，保護劑，KBr為形貌控制劑，制備納米鏈分布均勻，3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的二元PdRh合金電催化劑。

本發(fā)明實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案如下：

(1) 稱取 P123 （PEO₁₉-PPO₆₉-PEO₁₉）和溴化鉀（KBr）溶于去離子水（H₂O）中，超聲分散至均勻，將溶液轉(zhuǎn)移至容器中，攪拌下以升溫速率2 ~ 3 ℃/min升溫至110 ~ 120 ℃下加熱回流，緩慢升溫（防止P123在快速升溫的過程中變性，結(jié)構(gòu)被破壞），油浴鍋加熱冷凝水回流至110 ~ 120℃，向其中滴入已超聲分散至均勻的氯亞鈀酸鉀（K₂PdCl₄）溶液，控制流速緩慢逐滴滴下（使還原反應(yīng)更充分），混合液逐漸變灰，在120℃的條件下，保溫反應(yīng)3 ~ 4h，溶液已經(jīng)完全變黑，伴有沉淀生成。

(2) 向其中滴入已超聲分散至均勻的氯化銠（RhCl₃）溶液，在110 ~ 120℃的條件下，繼續(xù)保溫反應(yīng)4 ~ 5 h，全程需進(jìn)行一定強度的磁力攪拌；

(3) 反應(yīng)結(jié)束后，停止加熱，繼續(xù)通冷凝水，自然冷卻至室溫，8000 ~ 10000 rpm/min下，用去離子水和無水乙醇分別離心洗滌3 ~ 4次，即得到燃料電池PdRh合金電催化劑。

步驟(1)中P123、溴化鉀的質(zhì)量比為20-30 : 1，優(yōu)選為P123、溴化鉀的質(zhì)量比為25: 1。

步驟(2)的混合體質(zhì)中氯亞鈀酸鉀溶液與氯化銠溶液中的元素Pd與元素Rh的摩爾比為n Pd : n Rh = 0.3 ~ 3 : 1。

本發(fā)明的技術(shù)方案中P123為還原劑，保護劑，KBr為形貌控制劑，以H₂O為溶劑。離心洗滌過程中，先用二次蒸餾水洗滌3 ~ 4次，然后用無水乙醇洗滌3 ~ 4次，確保未反應(yīng)完的反應(yīng)物從催化劑表面除去。