[发明专利]一种质子交换膜燃料电池阴极催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池催化剂制备方法，特别涉及一种质子交换膜燃料电池阴极催化剂的制备方法。 

背景技术

质子交换膜燃料电池属于低温燃料电池领域，具有洁净、安全、高效等特点。但由于催化剂Pt的成本高、抗中毒能力弱，导致活性稳定性差，限制了质子交换膜燃料电池的大规模应用。针对此，研究人员通过改进传统制备催化剂的方法提高催化剂的活性。浸渍法是一种非常传统的制备贵金属催化剂的常用方法，但是需要在250℃左右用氢气还原，操作比较繁琐，金属粒径范围较宽，而且存在安全隐患。化学还原法是另一种使用较多的负载型Pt和Pt多组元催化剂的制备方法。在混合溶液体系，用硼化物、多醇、甲醛和甲酸作为还原剂，在一定温度下还原，该方法的缺点是需要大量的溶剂和过量的还原剂，不仅增加后处理的成本，而且还造成环境污染。因此，需要寻找简单有效的制备方法来制备催化剂，提高催化剂的性能。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备过程简单、环境污染小的质子交换膜燃料电池阴极催化剂的制备方法，该方法制备得到的催化剂活性高、贵金属利用率高、抗中毒能力强、稳定性好。 

本发明目的是通过以下技术方案来实现的： 

一种质子交换膜燃料电池阴极催化剂的制备方法包括如下步骤： 

1）将Pt的前躯体吸附在石墨烯上，干燥，除去体系中的溶剂； 

2）将吸附有前躯体的石墨烯置于110～180℃下，利用还原剂甲醛或甲酸的蒸气与Pt的前躯体反应1.5～2.5h； 

3）反应完毕后，室温冷却，用无水乙醇、蒸馏水清洗，除去催化剂中氯离子，真空干燥，质子交换膜燃料电池阴极催化剂。 

所述石墨烯通过如下方法制得：将1.0g石墨和1.0g的NaNO₃加至46ml浓度为98%的H₂SO₄溶液中，冰浴机械搅拌20min后缓慢加入6.0g的KMnO₄和80ml二次蒸馏水，控制温度为80±5℃，继续搅拌30min后，再向反应体系中加入200ml二次蒸馏水并缓慢加入6ml质量分数30wt%H₂O₂溶液，趁热过滤，用二次蒸馏水清洗至滤液为中性，将所得产物分散到500ml二次蒸馏水中，超声波功率为150W～200W，超声3h即制得均匀分散的单片石墨烯。 

所述Pt的前躯体在石墨烯上的吸附步骤：10mg石墨烯超声分散于1.0ml～2ml去离子水中，加入H₂PtC1₆·6H₂O水溶液，混匀，还原后Pt的重量负载量为0.5%～20%。 

本发明所合成的纳米颗粒分散性好，大小均匀，对甲醇的电氧化表现出明显的活性高，稳定性好，抗催化氧化甲醇中间产物能力强的特点，而且制备过程操作简单，还原剂可以重复使用，节能又环保。 

本发明所制备的产品可用于包括直接甲醇燃料电池在内的一系列质子交换膜燃料的催化剂。 

具体实施方式

实施例1 

将1.0g石墨和1.0gNaNO₃加至46ml浓度为98%的H₂SO₄溶液中，冰浴机械搅拌20min后缓慢加入6.0g的KMnO₄和80ml二次蒸馏水，控制温度为80±5℃，继续搅拌30min后，再向反应体系中加入200ml二 次蒸馏水并缓慢加入6ml质量分数30wt%H₂O₂溶液，趁热过滤，用二次蒸馏水清洗至滤液为中性，将所得产物分散到500ml二次蒸馏水中，超声波功率为150W～200W，超声3h即制得均匀分散的单片石墨烯。 

将l00mg的石墨烯超声分散于1.5ml去离子水中，加入13.3ul Pt的含量为37.67ug/ul的H₂PtC1₆·6H₂O水溶液，混匀，干燥，出去上述体系中的溶剂。在110℃下，通入相同温度的甲醛蒸气与吸附在石墨烯上的H₂PtC1₆反应2.0h。室温冷却，用无水乙醇、蒸馏水多次清洗催化剂，50℃真空干燥12h，得到Pt的担载量为0.5wt%的质子交换膜燃料电池催化剂。 

实施例2 

石墨烯的制备同实施例1