[發明專利]一種用于實際甲醇燃料電池的高性能氧還原催化劑

有效

• 申請號: 202110657085.0
• 申請日: 2021-06-12
• 公開（公告）號: CN113394418B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 袁強;趙鳳玲;楊曉彤
• 申請（專利權）人: 貴州大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92
• 代理公司: 日照市聚信創騰知識產權代理事務所(普通合伙) 37319
• 代理人: 敖勇

本發明公開了一種用于實際甲醇燃料電池的高性能氧還原催化劑，其特征在于：采用可見光誘導的模板法，在不添加表面活性劑和還原劑的情況下，首次合成Pd基四元合金納米片，厚度約為5nm，直徑大于500nm。通過測試X射線衍射光譜，得到其晶體構型為面心立方。在實際甲醇燃料電池中，PdAuBiTe合金納米片的功率密度為235.7mW cm^?2，是商業碳載鉑的2.32倍，同時是目前文獻報道的最高值。恒流的穩定性測試中，PdAuBiTe合金納米片15h的電壓僅下降15％，而商業碳載鉑下降55.1％。

技術領域

本發明涉及一種用于實際甲醇燃料電池的高性能氧還原催化劑。

背景技術

甲醇容易獲取、儲存，且能量密度高，直接甲醇燃料電池有望成為可再生能源的轉換設備，用以緩解能源危機和溫室效應。陰極催化劑(Pt基是公認的陰極氧還原性能最好的催化劑)動力學慢，耐甲醇性差，容易CO中毒。二維納米結構具有體積比高的表面金屬原子和低配位原子，然而由于晶格失配和氧化還原電位等固有的物理化學性質，在熱力學上不利于二維納米結構的生長。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種可見光誘導的模板法，用于合成PdAuBiTe四元納米片，該種催化劑合成方法簡單溫和，形貌為不規則的片狀，厚度為4-5.5nm，直徑大于500nm。PdAuBiTe四元納米片作為實際甲醇燃料電池的陰極反應，具有優異的催化性能和穩定性。

本發明的技術方案是：一種用于實際甲醇燃料電池的高性能氧還原催化劑，所述的催化劑為PdAuBiTe合金納米片。

所述的PdAuBiTe合金納米片為不規則的納米片，厚度約為5nm，直徑大于500nm。

一種用于實際甲醇燃料電池的高性能氧還原催化劑，包括如下步驟：

(1)合成Bi₂Te₃納米片，存放于乙醇中；(2)取步驟(1)所得溶液于培養皿中，加入乙二醇，其用量在5-15ml，室溫下攪拌10min；(3)在步驟(2)混合溶液中加入四氯鈀酸鈉和三水氯金酸，室溫下攪拌15min放入暗室，用40W的臺燈光照1-4小時；(4)將步驟(3)所得產物冷卻后進行洗滌，離心分離后即PdAuBiTe合金納米片，并將樣品分散保存在乙醇中。

所述的鈀鹽和金鹽總用量為0.0125mmol，Bi₂Te₃納米片為0.005mmol，Pd:Au:Bi:Te為4:1:4:6-1:4:4:6(摩爾比)。

所述的PdAuBiTe合金納米片在實際甲醇燃料電池中的應用。

本發明的有益效果：文獻合成納米片大多采用水熱合成法，而本發明采用可見光誘導，以Bi₂Te₃為模板，在沒有表面活性劑和還原劑的情況下，加入鈀鹽和金鹽，臺燈光照首次得到PdAuBiTe四元納米片。X射線衍射光譜顯示，PdAuBiTe納米片是面心立方結構。PdAuBiTe合金納米片作為陰極，在實際甲醇燃料電池中催化性能優異，穩定性良好。

具體的，采用可見光誘導的模板法，在不添加表面活性劑和還原劑的情況下，首次合成Pd基四元合金納米片，厚度約為5nm，直徑大于500nm。通過測試X射線衍射光譜，得到其晶體構型為面心立方。PdAuBiTe合金納米片在氧還原中的質量活性為2.48A mg^-1，是商業碳載鉑的17.7倍。10，000圈加速穩定性測試后，PdAuBiTe合金納米片活性幾乎沒有變化，而商業碳載鉑減少30.14％。在實際甲醇燃料電池中，PdAuBiTe合金納米片的功率密度為235.7mW cm^-2，是商業碳載鉑的2.32倍，同時是目前文獻報道的最高值。恒流的穩定性測試中，PdAuBiTe合金納米片15h的電壓僅下降15％，而商業碳載鉑下降55.1％。