[发明专利]一种高性能钯钨氧还原电催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池技术及新能源材料技术领域，具体涉及到一种高性能钯钨氧还原电催化剂的制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有工作温度低、启动快、比功率高、结构简单和操作方便等优点，被公认为电动汽车、固定发电站等的首选能源。PEMFC阴极电催化剂表面主要发生氧还原反应(ORR)，而ORR过程产生的过电位，与PEMFC电池性能密切相关。贵金属铂及其与过渡金属的合金电催化剂被广泛应用为PEMFC阴极电催化剂。但铂资源匮乏，价格昂贵，电催化剂的成本占到了PEMFC成本的50％以上，成为PEMFC商业化的一大障碍，因此寻找可替代贵金属铂的ORR电催化剂是近年来PEMFC亟待解决的问题。

钯的价格相对于铂便宜，具有作为PEMFC阴极电催化剂的潜力。但ORR在钯催化剂表面发生两电子过程，钯对ORR的活性和稳定性都比较低。加入其他过渡金属形成合金催化剂是提高钯ORR催化性能的一种方法；如Shao等制备了钯铁催化剂，其ORR催化活性接近于铂；(M.H.Shao，K.Sasaki，R.R.Adzic，J.Am.Chem.Soc.128，2006：3526-3527)。但合金催化剂中过渡金属容易在酸性条件下流失，因而催化剂的稳定性比较差。如何有效设计钯催化剂，提高其对ORR的活性和稳定性仍是一个难点。

发明内容

本发明的目的是制备一种高活性、高稳定性的氧还原电催化剂。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案包括以下步骤：

1.钯钨电催化剂的制备：将一定量的XC-72R活性炭超声分散后，加入苯胺和(NH₄)₂S₂O₈形成聚苯胺；搅拌一定时间后，过滤、洗涤、干燥。加入磷钨酸，在一定的pH值下搅拌一定时间后，加入PdCl₂盐，加入乙二醇作为溶剂，将PdCl₂还原为钯纳米颗粒沉降在载体表面，过滤、洗涤，干燥，得到钯钨电催化剂。

2.钯钨电催化剂的性能评价：将钯钨电催化剂与无水乙醇混合，加入5％的Nafion溶液，超声分散后，涂于微电极表面。ORR活性测试所用电解液为0.5M的硫酸溶液，采用三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极，对电极为铂电极。

本发明有益效果：(1)钯钨电催化剂的ORR活性达到铂的98％。(2)钯钨电催化剂在0-1V的电位区间循环扫描100圈，其性能衰减低于10％。

具体实施方式

实施例1100mg XC-72R活性炭超声分散在0.5M的盐酸溶液后，加入1mL的苯胺，加入10mg(NH₄)₂S₂O₈后，搅拌2h，过滤，用1L的去离子水洗涤，在60℃的温度下干燥4h。将所得样品在100mL的乙二醇溶液中超声分散，加入1mM的磷钨酸，搅拌2h后，加入氯化钯溶液，调节pH值到11，在100℃的温度下加热2h。所得样品过滤后，用1L的去离子水洗涤，在100℃的温度下真空干燥制备得到钯钨催化剂。取5mg钯钨催化剂，加入1mL的乙醇和50μl的5％Nafion溶液后，超声分散。取20mg浆液涂于微电极表面，微电极至于0.5M的硫酸溶液，在1600rpm的转速下，0-1V的电位窗口进行线性扫描，在0.85V的电位下，电流密度为0.38mA/cm²。

实施例2150mg XC-72R活性炭超声分散在0.5M的盐酸溶液后，加入1.5mL的苯胺，加入15mg(NH₄)₂5₂O₈后，搅拌2h，过滤，用1L的去离子水洗涤，在60℃的温度下干燥4h。将所得样品在150mL的乙二醇溶液中超声分散，加入1.5mM的磷钨酸，搅拌2h后，加入氯化钯溶液，调节pH值到11，在100℃的温度下加热2h。所得样品过滤后，用1L的去离子水洗涤，在100℃的温度下真空干燥制备得到钯钨催化剂。取5mg钯钨催化剂，加入1mL的乙醇和50μl的5％Nafion溶液后，超声分散。取20mg浆液涂于微电极表面，微电极至于0.5M的硫酸溶液，在1600rpm的转速下，0-1V的电位窗口进行线性扫描，在0.85V的电位下，电流密度为0.38mA/cm²。