[发明专利]碳载铂改进型氧化铈复合阳极催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种燃料电池技术领域中的催化剂的制备方法，具体是一种碳载铂改进型氧化铈复合阳极催化剂的制备方法。

背景技术

直接甲醇燃料电池具有结构简单、能量密度高、启动时间短、运行可靠等优点。最关键的是，其所用的发电燃料-甲醇，来源丰富，价格便宜，储存方便，容易添加，适合作为便携式的可移动电源。目前，直接甲醇燃料阳极催化剂多采用铂基催化剂。但是，由于甲醇在铂表面上氧化最后会产生不易脱附的中间产物，如CO_ads，这些中间产物会占据铂的活性位从而降低其性能，甚至使催化剂失活。因些，开发抗中毒的阳极催化剂仍然是研究的重点。目前，普遍采用的方法是在铂基催化剂中添加催化助剂，与铂金属形成协同作用促进中间产物的脱附，常用的助催化剂包括金属以及各种金属氧化物等。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利公开号CN101185891，公开了“燃料电池用多孔碳载铂-氧化铈催化剂及其制备”。该技术详细介绍了一种多孔碳载铂-氧化铈催化剂的制备方法。将多孔碳粉悬浊液与硝酸铈铵溶液混合，加入氢氧化钠溶液后，浸渍、抽滤、洗涤、干燥后，在氮氛保护下200-400℃热处理，得到多孔碳氧化铈粉体。最后，将多孔碳氧化铈粉体与10-25mmol/L的氯铂酸溶液混合，超声，调节pH值后，在氮氛保护下滴加甲醛，超声，过滤，洗涤，干燥后得到催化剂。但是，该技术没有考察氧化铈晶体结构对催化剂的影响，所用的助催化剂氧化铈还可以进行优化改良。而且，制备过程较烦琐，用甲醛还原，有一定的毒性。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种碳载铂改进型氧化铈复合阳极催化剂的制备方法，即改进的直接甲醇燃料电池复合阳极催化剂Pt-Ce_1-XM_XO₂/C的制备方法。催化剂中的助剂是改进的掺杂型氧化铈粉体Ce_1-XM_XO₂，其中M为过渡金属或者碱土金属。该掺杂型氧化铈粉体具有优化的晶格结构，晶体中的氧缺陷增多，具有比未掺杂的氧化铈更强的助催化作用。本发明制备的催化剂，甲醇氧化电流比常用的碳载铂或者碳载铂-氧化铈催化剂高，提高了阳极催化剂的效率，且制备过程比简单，适合放大生产。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括以下步骤：

第一步，按照掺杂型氧化铈粉体Ce_1-XM_XO₂中的x＝0.02-0.08，其中x为摩尔比，称取硝酸铈，掺杂元素硝酸盐或氯化盐，溶于去离子水中，搅拌。按照总的金属离子与柠檬酸的摩尔比为1∶(1-4)，称取柠檬酸溶于去离水中，按照柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1∶(2-4)，加入乙二醇，搅拌。之后，将两种溶液混合，酯化，蒸发掉溶剂，得到黄色凝胶。将黄色的凝胶在空气氛围中，恒温培烧后得到淡黄色的掺杂型氧化铈粉体Ce_1-XM_XO₂，其中M为过渡金属或者碱土金属。

所述搅拌，其时间均为1-2小时。

所述酯化，其时间为2-4小时。

所述恒温培烧，其温度为500℃-700℃，时间为3-4小时。

所述恒温培烧，其温度以5-10℃/min加热速率升温到500℃-700℃。

第二步，将活性碳粉分别在盐酸和硝酸中回流，过滤，洗涤，干燥。

所述回流，其时间为2-4小时。

所述洗涤到滤液pH＝7。

所述干燥，其温度为70℃-90℃。

第三步，将第一步所得的掺杂型氧化铈粉体与第二步所得的活性碳粉混合后，加入去离子水，搅拌，过滤，干燥后得改进的活性碳氧化铈载体。其中掺杂型氧化铈粉体与活性碳粉的质量比为：1∶(0.756-3.626)。

所述搅拌，其时间为24-48小时。

第四步，称取第三步所得的活性碳氧化铈载体在乙二醇中超声分散，然后在氮气氛保护下，加入氯铂酸乙二醇溶液，用氢氧化钠乙二醇溶液调节pH值至9-13，搅拌后，升温至120℃-160℃，保温。冷却至室温后，停止通气，过滤，洗涤至滤液中检测不出氯离子，然后真空干燥得催化剂。

所述超声分散，其时间为20-80min。

所述氯铂酸乙二醇溶液，其铂含量为3.7-11.1mg/ml。

所述氢氧化钠乙二醇溶液，其浓度为1M。

所述保温，其时间为3-6小时。