[发明专利]直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术，具体是一种直接甲醇燃料电池用阳极催化剂Pt-RuO₂·xH₂O/CNTs的制备方法。

背景技术

燃料电池作为一种清洁、高效而且性能稳定的电源技术，已受到世界各国的高度重视。其中质子交换膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)的研究更令人关注。它们可用于动力电源、用作移动电话和膝上型电脑的电源，将来还具有为指定的终端用户使用的潜力。但质子交换膜燃料电池和甲醇燃料电池用阳极催化剂均存在电催化活性低，并且重整气或直接甲醇电催化氧化中的产生的少量CO可以使催化剂中毒，从而使电池的性能大幅度下降。因此，提高催化剂的电催化活性，解决催化剂的抗中毒能力已成为燃料电池研究急需解决的关键问题。

中国发明专利公告号CN1171671C公开了“碳纳米管载铂钌系列抗CO电极催化剂的制备方法”，它采用碳纳米管为载体，运用原位化学还原均相沉积法，首先将Pt、Ru、Sn等离子分别制成配合离子，然后两种或三种配合离子混合在一起制成亚稳态胶体，再采用廉价的还原剂甲醛或硼氢化钠等，将亚稳态胶体还原沉积于碳纳米管上制成。该法需要先制备配合离子、制备亚稳态胶体等步骤，且在最后的还原步骤，Pt和Ru、Sn等离子均被还原为原子价态。而最新的研究结果表明：在Pt、Ru双金属催化剂中，Pt、水合RuO₂对甲醇的电催化性能优于PtRu原子价态的合金催化剂；且在PtRu原子价态合金催化剂中，Ru作用的发挥也是通过逐步转变为RuO₂来完成的。本发明则将Ru直接以水合RuO₂的形式与Pt复合构成催化剂，节省了反应过程中Ru转化为RuO₂的步骤；同时，水合RuO₂可以作为Pt的成核中心，使Pt颗粒以更高、更均匀的分散态进行负载，从而进一步提高该催化剂的电催化性能。

中国发明专利公告号CN1221050C公开了“直接甲醇燃料电池甲醇氧化电极制备方法”、中国发明专利公告号CN1123080C公开了“一类燃料电池阳极催化剂的制备方法”、中国发明专利公开号CN1601788公开了“直接甲醇燃料电池阳极电催化剂的制备方法”、中国发明专利公开号CN1827211公开了“碳表面负载中空铂钌合金纳米粒子电催化剂及其制备方法”，这几个专利均涉及到燃料电池阳极催化剂的制备，但所制备的Pt、Ru或与其它离子或氧化物构成的复合催化剂，Ru均以金属态存在，因此，均需在反应过程中转化为RuO₂来发挥作用，中国发明专利公告号CN1630122公开了“直接甲醇燃料电池用阳极催化剂及其制备方法”未涉及Ru或RuO₂的加入，此外，上述几个专利所用催化剂的载体均未涉及具有独特性能的碳纳米管，而本发明既采用碳纳米管作为载体，又在制备过程中将Ru直接制备成水合RuO₂，使载体的导电与催化剂的高分散性能和优异的电催化性能结合起来，充分发挥其对甲醇的电催化氧化性能。

发明内容

本发明的目的是克服上述技术缺陷，提出一种直接甲醇燃料电池阳极催化剂Pt/RuO₂·xH₂O/CNTs的制备方法。

本发明采用如下技术方案实现该目的，制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂Pt-RuO₂·xH₂O/CNTs的方法包括如下步骤：

(1)将碳纳米管超声分散于三氯化钌的水溶液中，其中碳纳米管∶钌的质量比为1∶0.02～0.15，超声时间为0.5～3小时，将30％的双氧水以9～20ml/h的滴加速率滴加到该体系中，使双氧水与钌的体积质量比为1.0～2.0ml∶1mg，该混合物在75～85℃下回流3.5～4.5小时，然后过滤、洗涤，80～150℃干燥，得到水合二氧化钌负载的碳纳米管，即RuO₂·xH₂O/CNTs；

(2)将步骤(1)制得的水合二氧化钌负载的碳纳米管超声分散于乙二醇中，加入氯铂酸，其中钌∶铂∶乙二醇的质量比为1∶0.5～2∶200～300，调节pH值为6.5～7.5，125～135℃回流1.5～2.5小时，然后过滤、洗涤，65～75℃真空干燥，制得直接甲醇燃料电池阳极催化剂，即Pt-RuO₂·xH₂O/CNTs。