[发明专利]一种以纳米氧化物为载体的H2O2基燃料电池阴极催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及，尤其涉及的是一种以纳米氧化物为载体的H₂O₂基燃料电池阴极催化剂及制备方法。

背景技术

金属-H₂O₂半燃料电池(MSFC)是近年来开发的一种新型水下化学电源，具有能量密度高、放电电压稳定、存储寿命长、使用安全、无生态污染以及机械充电时间短等突出优点。由于阴极氧化剂H₂O₂克服了携带O₂产生的大量不便，金属-H₂O₂半燃料电池已被广泛研究作为水下无人运载器、水下导航、通讯和数据采集等电子仪器以及油气开采设备的电源。催化剂的活性及电极结构严重影响着电池放电性能和运行条件。目前，贵金属Pd基催化剂是催化H₂O₂电还原反应活性最高的一种催化剂。为降低Pd的使用量，增加利用率，通常人们使用碳黑作为催化剂载体，这是因为碳黑具有较高的比表面积且具有良好的导电性和较佳的孔结构，有利于提高贵金属Pd微粒的分散性。但由于大量的Pd微粒进入到碳表面的微孔中，不能与电解质相接触，因此难以形成更多的反应区，故而降低了贵金属Pd的利用率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述H₂O₂基燃料电池阴极催化剂生产及使用过程中所存在的技术问题，提供一种新的H₂O₂基燃料电池阴极催化剂及其制备方法。

一种以纳米氧化物为载体的H₂O₂基燃料电池阴极催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将贵金属钯的盐加入到水中，使其溶解，形成溶液A；贵金属钯盐的加入量与水的用量关系：0.01～0.05mol钯离子所需的水为1000mL；

(2)向步骤(1)所配制的溶液A中加入碱性溶液，形成溶液B；其中碱溶液为氢氧化钠水溶液，其氢氧化钠的加入摩尔量与溶液A中贵金属钯的摩尔量的比值为50∶1～150∶1。

(3)向步骤(2)所配制的溶液B中加入纳米金属氧化物，充分混合至均匀，形成悬浊液C。所用氧化物为铜、铁、镍、锡、锑氧化物中的一种或几种的复合物。其加入量按照以下方法控制：贵金属钯元素的质量与纳米氧化物质量的比值为5％～30％。

(4)向步骤(3)所配制的悬浊液C中加入还原剂溶液，形成悬浊液D，其中加入的还原剂溶液与悬浊液C的质量比为5∶1～10∶1；其中还原剂为硼氢化钠水溶液，硼氢化钠的物质的量与水的体积之比为1∶10～1∶100。

(5)将步骤(4)所得的悬浊液D过滤，真空40-80℃干燥，干燥时间为4-15h，既得本发明所述H₂O₂基燃料电池阴极催化剂。

本发明的一种以纳米氧化物为载体的H₂O₂基燃料电池阴极催化剂，该催化剂的载体为过渡金属氧化物中的一种或几种的复合物，活性物质为贵金属钯，具有催化活性高，原材料来源丰富，成本较低，工艺过程简单，易于控制等特点。

本发明采用具有导电性的氧化物作为催化剂载体，与现有技术相比，具有以下优点：

1)氧化物粒子表面微孔少，贵金属Pd微粒可以锚定在载体表面，从而提高贵金属催化剂的利用率；2)纳米氧化物本身对H₂O₂电还原反应就具有催化活性，形成了双催化效果；3)过渡金属氧化物材料来源丰富，成本较低，且该制备工艺简单，利于生产。

附图说明

图1实例1提供的催化剂的XRD图。

图2实例1提供的催化剂的循环伏安曲线。

图3实例2提供的催化剂的XRD图。

图4实例2提供的催化剂的循环伏安曲线。

图5实例3提供的催化剂的XRD图。

图6实例3提供的催化剂的循环伏安曲线。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1