[发明专利]一类燃料电池用纳米钯或钯铂合金电催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一类燃料电池用纳米钯或钯铂合金电催化剂的制备方法，属于直接甲酸燃料电池和直接甲醇燃料电池领域。

背景技术

燃料电池发电装置能量转换效率高，对环境污染小，可用作未来理想动力电源，因而受到世界各国科学家的广泛关注，为此，世界各国都投入了大量人力，物力和财力进行了研究。

使用甲醇、乙醇或甲酸等液体燃料的质子交换膜燃料电池具有燃料来源丰富、价格低廉、燃料易于运输和储存、能量密度高和易于微小型化等优点，适合作为便携式电源，具有十分广阔的应用前景[Lingling Zhang，Tianhong Lu，Jianchun Bao et al.，Eelectrochemistry Communications，(2006)1625-1627]，[Weiping Zhou，Adam Lewera，Robert Larsen et al.，J.Phys.Chem.B，(2006)110.13393-13398]。其中最具代表性的是直接甲醇燃料电池(DMFC)。但经过十多年来对DMFC的研究，发现DMFC尚存在以下技术问题有待进一步解决：(1)催化剂对甲醇氧化的电催化活性较低，而且易被甲醇氧化的中间产物所毒化；(2)甲醇易透过Nafion膜，导致阴极的混合电位效应，使电池性能大大降低；(3)甲醇有毒、易燃等。同时，甲醇最佳工作浓度只有2mol/L左右，其冰点不是很低。因此，人们开始探索替代甲醇燃料的燃料电池研究。在众多替代甲醇燃料的燃料电池中，直接甲酸燃料电池(DFAFC)有以下诸多优点：(1)甲酸无毒、不易燃，存储和运输安全方便；(2)与甲醇相比，甲酸具有更高的电化学活性，当使用Pd作为催化剂时，甲酸氧化不产生中间产物，不会导致催化剂的中毒；(3)甲酸对质子交换膜有较小的透过率，与甲醇相比要低1至2个数量级；(4)甲酸的最佳工作浓度为约15mol/L，远高于甲醇的最佳2mol/L工作浓度；(5)在较低的温度下，DFAFC就可以产生很大的输出功率密度，而且甲酸工作浓度较高，不易结冰，适合于室温和低温下作为微小型移动式电源使用。所以DFAFC很有希望用来替代DMFC。目前，研究较多的DFAFC阳极催化剂主要为Pd和Pt基复合催化剂[中国发明专利200610036981.0，用于燃料电池的铂碳类催化剂的固相还原制备方法]，[中国发明专利200510102382.X，用于燃料电池的碳载铂基催化剂及其制备方法]，[中国发明专利200410025267.2，制备负载型钯/碳催化剂的方法]。但研究发现Pd对甲酸氧化有非常高的催化活性，而且Pd的价格只有Pt的1/4～1/3，这有利于降低DFAFC成本的降低，因此，有关高性能、相对低的价格的纳米Pd基催化剂的研制有助于推动DFAFC产业化进程。

同时，对于DMFC，由于甲醇能透过质子交换膜从阳极渗透到阴极，造成阴极的“混合电位”效应，导致了氧电极的性能很差[Wenming Wang，Dan Zheng，Chong Du，Hui Yang et al.，Journal of Power Source，(2007)234-249]，[Min-Hua Shao，KotaroSasaki，R.R.Adzic，J.Am.Chem.Soc.，(2006)128.3526-3527]，[Minsuk Kim，Jin-Nam Park，Hyuk Kim et al.Journal of Power Source，doi:10.1016/j.jpowsour.2006.05.057.]。因此，无论从提高催化活性、降低阴极价格，还是从提高阴极抗甲醇性能考虑，研究能抗甲醇的氧气阴极还原电催化剂仍然非常重要。因此，对于DFAFC和DMFC都迫切需要研制出高性能的电催化剂。由于催化活性和稳定性与催化剂的制备方法密切相关，因此催化剂合适的制备方法对提高其性能至关重要。

本发明拟通过水相络合还原和热处理方法，使制备的纳米钯或钯铂合金电催化剂用作直接甲酸燃料电池阳极电催化剂或直接甲醇燃料电池的阴极电催化剂。

发明内容

本发明旨在提供一类燃料电池用纳米钯或钯铂合金电催化剂的制备方法，即提供了一种基于水相中钯盐、铂盐与络合剂络合后还原制备纳米钯、钯铂合金电催化剂的方法，其典型的制备过程包括前驱体钯、铂与络合剂形成络合物，络合物的还原，洗涤、干燥以及催化剂的热处理。现将具体步骤分述如下：