[发明专利]一种用于直接甲酸燃料电池的Pd@Pt燃料电池催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及染料电池技术领域，尤其涉及一种用于直接甲酸燃料电池的PdPt燃料电池催化剂的制备方法。

背景技术

直接甲酸燃料电池，是以液态甲酸代替氢气作为可染源的燃料电池。由于氧化电流高、自身可电离导溶液电性优良，以及膜透过性小，直接甲酸燃料电池在作为汽车以及便携式电子装置的电源方面具有很大的潜力，直接甲酸染料电池主要由阳极和染料，以及阴极组成。目前最常用的阳极是Pd基电极，但是在电氧化甲酸时，单纯的Pd电极会缓慢溶解，而且会生成CO会毒化Pd，降低催化剂持久性，造成Pd的利用率较低，这同时造成了电池成本的提升。

目前，已经有很多针对于提高Pd基催化剂的耐久性的报道。其中，通过修饰载体或符合载体，以及Pd合金提高Pd基催化剂的抗CO中毒性能和耐久性是常用方法。但是这种方法对于掺杂成分以及Pd的流失控制效果均不够理想，对电催化不利。

常用于甲酸阳极催化剂的还有Pt，且耐腐蚀性较好，然而，Pt的催化活性差。所以设计一种PdPt的核壳结构是甲酸电氧化催化剂的一条可能出路。Xia等通过采用Pd纳米立方体模板及卤素盐控制Pt的晶面选择性外延生长得到不同的纳米结构（参看：H.Zhang,M.Jin,J.Wang,W.Li,P.H.C.Camargo,M.J.Kim,D.Yang,Z.Xie,Y.Xia,Journal of the American Chemical Society,133(2011)6078-6089.）但是，这种精细的纳米构筑方法不易应用于大规模的催化剂合成生产。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种用于直接甲酸燃料电池的PdPt燃料电池催化剂的制备方法不使用表面活性剂和模版，实现贵金属纳米粒子表面可控，操作简单。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种用于直接甲酸燃料电池的PdPt电极的制备方法，包括：

a）将载体通过交替超声、搅拌分散于去离子水中，得到混合溶液；

b）向步骤a）得到的混合溶液中加入Pd前躯体和还原剂的水溶液，使用浸渍还原法进行Pd纳米粒子的负载和还原，得到负载Pd后的载体悬浊液；

c）将卤素盐和Pt前躯体加入步骤b）得到的悬浊液中，搅拌下加热，发生置换反应；

d）使用去离子水洗去步骤c）得到的悬浊液中的Cl^-，过滤干燥后得到PdPt燃料电池催化剂。

优选的，所述载体选自活性炭、碳纳米管、石墨烯和二氧化钛中的一种或多种。

优选的，所述Pd前躯体为PdCl₂的酸性水溶液。

优选的，所述还原剂为硼氢化合物。

优选的，所述Pt前躯体为H₂PtCl₆水溶液。

优选的，步骤d）具体为：

d1）使用电阻率为18.2MΩ·cm的去离子水抽滤洗涤步骤c）得到的悬浊液至无Cl^-存在；

d2）将抽滤得到的不溶物在80℃下真空干燥，得到PdPt电燃料电池催化剂。

优选的，步骤a）中的所述载体为活性炭、碳纳米管、石墨烯或TiO₂。

本发明还提供了一种燃料电池电极，包括玻碳电极，以及涂覆于所述权利要求1方法制备的PdPt燃料电池催化剂。

本发明提供了一种用于直接甲酸燃料电池的PdPt燃料电池催化剂的制备方法，采用卤素离子的选择性吸附，在加热条件下进行还原，以达到控制Pt原子在Pd表面沉积状态的目的。采用卤素离子吸附的的晶面选择性，进而控制Pt沉积，并保证所得的核壳结构表面不同状态。本发明提出了一种采用卤素离子控制，通过Pd、Pt之间置换反应控制PdPt结构中Pt在Pd表面覆盖程度的合成方法，不使用表面活性剂和模板。利用卤素离子的选择性吸附，在加热条件下进行还原，以实现Pt原子在Pd表面沉积状态可控的目的。该制备方法实现了贵金属纳米粒子表面可控，且操作较为简便，适合扩大合成规模，为燃料电池商业化提供一种可批量复制的制备方法。

附图说明

图1是不同条件下控制制备碳载Pd-Pt催化剂的XRD曲线；

图2是不同碳载催化剂在硫酸溶液中的循环伏安曲线；

图3是对比例中催化剂在硫酸溶液中的循环伏安曲线；

图4是实施例1中催化剂在硫酸溶液中的循环伏安曲线；

图5是实施例2中催化剂在硫酸溶液中的循环伏安曲线；

图6是实施例3中催化剂在硫酸溶液中的循环伏安曲线；