[發(fā)明專利]一種Pt/Fe2

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010582566.5
• 申請(qǐng)日: 2020-06-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111697238A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳建柱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島尚東新能源科技有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01M4/86
• 分類號(hào): H01M4/86;H01M4/92;H01M8/1011;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 濰坊諾誠(chéng)智匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37309
• 代理人: 榮曉宇

本發(fā)明涉及一種Pt/Fe₂O₃納米管陣列作為陽(yáng)極催化劑在直接甲醇燃料電池中的應(yīng)用，屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明首次開(kāi)發(fā)出了一種Pt/Fe₂O₃納米管陣列，并將其作為陽(yáng)極催化劑應(yīng)用于直接甲醇燃料電池。Pt/Fe₂O₃納米管陣列是通過(guò)Fe₂O₃納米管陣列提供豐富有序的孔道結(jié)構(gòu)，并使用聚電解質(zhì)PDDA作為橋梁在Fe₂O₃表面靜電吸附Pt粒子，有效促進(jìn)貴金屬Pt在Fe₂O₃表面的分散，提高催化劑在甲醇催化氧化過(guò)程中的電催化效率和抗CO中毒能力。本發(fā)明制備的Pt/Fe₂O₃納米管陣列陽(yáng)極催化劑可媲美商業(yè)Pt(20wt%)/C催化劑，在應(yīng)用于直接甲醇燃料電池中催化活性高，穩(wěn)定性好，抗中毒性能強(qiáng)，具有潛在的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種Pt/Fe₂O₃納米管陣列作為陽(yáng)極催化劑在直接甲醇燃料電池中的應(yīng)用，屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

能源是整個(gè)世界發(fā)展的前進(jìn)動(dòng)力，隨著人們的開(kāi)發(fā)和利用，能源稀缺和環(huán)境污染已成為人類面臨的重大問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，研究人員對(duì)非化石能源進(jìn)行探索與研究。燃料電池是一種便攜式電子設(shè)備，可以將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能，因具有諸多優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的關(guān)注，例如：運(yùn)行安靜、能量密度高、效率高以及可以用氫、醇或天然氣代替燃料提高能源安全性等。隨著研究的發(fā)展，燃料電池的應(yīng)用逐漸趨于全球化。直接醇類燃料電池(DAFCs)作為燃料電池中的一種，其價(jià)格低廉，便于攜帶和儲(chǔ)存，相比于氫燃料更安全，在電力設(shè)備應(yīng)用方面具有突出的潛力，從而倍受歡迎。雖然研究人員對(duì)燃料電池進(jìn)行廣泛的研究，但是還存在一些難題，如高活性和低成本的陽(yáng)極催化劑的研究。

在電催化甲醇氧化反應(yīng)(MOR)中，Pt做為一種最早的催化劑，并具有較好的電催化活性，尤其在降低甲醇氧化過(guò)電勢(shì)方面具有極大的優(yōu)勢(shì)。此外，由于貴金屬Pt在酸性溶液具有較高的抗腐燭性，使得催化劑的穩(wěn)定性較好。迄今為止，人們還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一種更好的單一金屬來(lái)替代Pt。但金屬鉑自然儲(chǔ)量有限、價(jià)格昂貴，且甲醇氧化的中間產(chǎn)物易使鉑電極中毒，因而研究高催化性能和抗中毒的陽(yáng)極催化劑，成為燃料電池發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。采用新的催化劑體系(Pt合金、Pt-金屬氧化物等)，既提高了催化劑的活性，又減少了鉑族貴金屬催化劑用量從而降低了成本。其中Pt-金屬氧化物復(fù)合催化劑對(duì)醇類有明顯的催化活性，并且對(duì)防止催化劑中毒也有積極的作用，這為尋找燃料電池新型催化劑提供了新的思路。

本發(fā)明在上述現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明首次開(kāi)發(fā)出了一種Pt/Fe₂O₃納米管陣列，并將其作為陽(yáng)極催化劑應(yīng)用于直接甲醇燃料電池。Pt/Fe₂O₃納米管陣列是通過(guò)Fe₂O₃納米管陣列提供豐富有序的孔道結(jié)構(gòu)，并使用聚電解質(zhì)PDDA作為橋梁在Fe₂O₃表面靜電吸附Pt粒子，以期提高催化劑在甲醇催化氧化過(guò)程中的電催化效率和抗CO中毒能力。本發(fā)明制備的Pt/Fe₂O₃納米管陣列陽(yáng)極催化劑可媲美商業(yè)Pt(20wt%)/C催化劑，在應(yīng)用于直接甲醇燃料電池中催化活性高，穩(wěn)定性好，抗中毒性能強(qiáng)，具有潛在的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種Pt/Fe₂O₃納米管陣列作為陽(yáng)極催化劑在直接甲醇燃料電池中的應(yīng)用，具體的，是將所述陽(yáng)極催化劑與陰極材料分別與電化學(xué)工作站相連接，并將電極固定在裝有燃料的反應(yīng)池中進(jìn)行催化產(chǎn)電反應(yīng)；其中，所述陽(yáng)極催化劑是在Fe₂O₃納米管陣列表面負(fù)載經(jīng)聚二烯丙基二甲基氯化銨（PDDA）分散的Pt納米粒子；所述Pt納米粒子的質(zhì)量占Fe₂O₃納米管質(zhì)量的3-12wt%。