[发明专利]一种直接甲醇燃料电池阳极催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池阳极催化剂技术，特别涉及一种直接甲醇燃料电池阳极催化剂及其制备方法。

背景技术

直接甲醇燃料电池(DMFC)的能量转换效率高、环境污染小，并且甲醇来源丰富、价格低廉、贮存与携带方便，特别适用于手机、便携式摄像机和笔记本电脑等小型电子设备。尽管DMFC在理论上具有很高的功率密度和良好的应用前景，但现在其性能与商业化的要求仍有很大差距。如何设计制备铂纳米粒子粒径小且分布均匀及其提高抗CO中毒能力是很多研究者考虑的内容。

目前，制备催化剂主要有以下几种还原剂：(1)硼氢化钠、肼、甲醛等各种还原剂以及一些还原性的气体主要是用在浸渍还原法中。基本过程为，将载体分散于含各种铂前驱体的浸渍液中充分浸渍，然后加入硼氢化钠、肼、甲醛等各种还原剂还原金属离子或金属配合物；或者待部分浸渍液吸附在多孔结构的载体碳材料后，用还原性气体在一定温度下使之还原，得到分散的金属-载体颗粒。(2)乙二醇主要用于胶体还原法，即将铂的化合物融解在乙二醇溶液中，加入表面活性剂，调节pH值，在惰性气体保护下130～160℃还原，由于反应温度高速度快，金属粒子的成核与生长几乎同步进行，又因为紧接着各种稳定剂(聚合物，配合物，纤维素衍生物，甚至甲醇等)包覆刚合成出的金属纳米粒子，使之不易聚集，从而达到均匀分散的效果，然后通过各种办法负载到各种载体上。目前，很少有人用抗坏血酸还原铂前驱体，制备成铂纳米粒子。负载到Vulcan XC-72表面。

发明内容

针对现有技术中存在的问题和缺陷，发明的目的首先在于提供一种以抗坏血酸作为铂前驱体还原剂的制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂的方法。该制备方法操作简易，成本低，可控性强。

本发明的目的还在于提供上述方法制备得到的阳极催化剂，该催化剂同时具有较高的甲醇电催化活性和较好的抗CO中毒能力。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)对Vulcan XC-72载体进行纯化和活化处理；

(2)处理后的Vulcan XC-72在水中分散，进行超声处理；

(3)超声处理后的分散液中加入H₂PtCl₆溶液，Vulcan XC-72和H₂PtCl₆的质量比为1∶0.05～1∶0.25，继续超声处理；

(4)60～90℃，磁力搅拌下将水分蒸干，得到干粉体；

(5)干粉体分散于含抗坏血酸的有机溶剂中，于60～90℃搅拌，再经过滤，洗涤并干燥后得Pt/C催化剂。

为更好的实现本发明：

作为优选，步骤(1)所述纯化处理具体包括以下步骤：

将Vulcan XC-72在浓度为30～40％浓盐酸中浸泡12～48小时，然后过滤洗涤至滤液为中性，再在80～100℃下干燥1～2小时，得到纯化的Vulcan XC-72载体。

作为优选，步骤(1)所述活化处理具体包括以下步骤：

把Vulcan XC-72加入到容器中，用1～5mmol/LNaOH在60～100℃加热回流1～5小时，离心分离，过滤至滤液为中性，再与80～100℃干燥1～2小时；然后置于体积比为3∶1的浓HNO₃(质量浓度65～68％)和浓H₂SO₄(质量浓度95～98％)的混酸溶液中，在60～100℃加热回流1～5小时，离心分离，过滤洗涤至滤液为中性，80～100℃干燥1～2小时。

作为优选，步骤(2)中，所述Vulcan XC-72与水的质量体积比为5∶1～1∶1。

作为优选，步骤(2)中，所述超声处理时间为10～20min；；步骤(3)中，所述超声处理时间为20～30min。

作为优选，步骤(3)中，H₂PtCl₆溶液的浓度为1.93～19.3mM。作为优选，步骤(5)中，所述有机溶剂为乙二醇。

作为优选，步骤(5)中，所述含抗坏血酸的有机溶剂中，抗坏血酸的浓度为0.006～0.06M。

本发明还提供了一种直接甲醇燃料电池中的Pt/C阳极催化剂，就是由上述方法制备得到的。