[发明专利]多级孔SnO2/ZSM-5甲醇燃料电池阳极催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种甲醇燃料电池阳极催化剂及其制备方法，具体涉及一种能够作为甲醇燃料电池阳极催化剂的多级孔(介孔)沸石及其制备方法。

背景技术

在聚合物膜低温燃料电池中，以甲醇为燃料的直接甲醇燃料电池(DMFCs)是最有前途的发电装置，具有甲醇来源丰富、价格便宜、易于携带和贮存的优点，特别适宜于作为各种用途的可移动动力电源。因此，DMFCs引起世界范围内的广泛关注。目前直接甲醇燃料电池的研究热点，也是其推广应用中需要解决的主要技术难关之－，就是寻求高效的甲醇电化学氧化催化剂，提高甲醇氧化的速度，减少阳极的极化。

目前国内外所报道的DMFCs阳极催化剂材料，基本都是以铂系金属(如Pt、Au，Ph，Pd、Ru等)为主的贵金属催化剂，该类贵金属催化剂对甲醇的电化学氧化具有高的催化活性。然而，贵金属催化剂，特别是Pt，在甲醇的逐步脱氢氧化过程中极易吸附中间产物CO_-ads，该CO_-ads物种的大量吸附可覆盖Pt催化剂的活性点，发生Pt催化剂的CO“中毒”现象，从而导致Pt催化剂的失活。为了避免Pt催化剂的CO“中毒”现象，PtRu二元、PtRuW或PtRuMo三元合金催化剂又被研制出来，其中PtRu二元合金催化剂是最为有效的抗CO阳极催化剂。然而，PtRu都是贵金属，价格昂贵，大大阻碍了DMFCs的大规模商业化应用。开发高性能的新型非贵金属抗CO阳极催化剂，在保持高催化效率的同时，具有良好的抗CO中毒性能，一直是DMFCs应用中的工作重点之一，如何制备价格低廉、性能优异的甲醇燃料电池催化剂，是本领域技术的重点研究方向之一。

发明内容

本发明旨在克服现有甲醇燃料电池催化剂价格昂贵、不适宜大规模商业化应用的缺陷，本发明提供了一种能够作为甲醇燃料电池催化剂的多级孔(介孔)沸石及其制备方法。

本发明提供了一种SnO₂/多级孔(介孔)沸石材料，所述SnO₂/多级孔(介孔)沸石材料具有晶化孔壁，其表面均匀地负载有SnO₂结晶纳米颗粒。

较佳地，所述多级孔(介孔)沸石的比表面积为300～501m²/g，孔径为2～50nm，SnO₂结晶纳米颗粒为粒径为3～8nm。

较佳地，所述SnO₂/多级孔(介孔)沸石材料中，SnO₂结晶纳米颗粒的重量百分含量为2.25～9wt％。

本发明还提供了一种制备上述SnO₂/多级孔(介孔)沸石的方法，所述方法包括：

1)采用硅烷偶联剂对沸石前驱体的表面进行改性，使得沸石前驱体的表面带负电荷；

2)滴入含Sn⁴⁺的水溶液，搅拌，所述沸石前驱体利用其表面带有的负电荷吸附Sn⁴⁺；

3)滴入碱液、搅拌使所述沸石前驱体表面的Sn⁴⁺转化为Sn(OH)₄；

4)将步骤3)中制备的表面具有Sn(OH)₄的沸石前驱体，于400～700℃热处理以使所述沸石前驱体的孔壁晶化并使其表面的Sn(OH)₄热分解为SnO₂结晶纳米颗粒。

较佳地，所述沸石前驱体为ZSM-5沸石分子筛。

较佳地，步骤1)所述步骤1)包括将沸石前驱体均匀分散在水和乙醇的混合溶液中，滴入硅烷偶联剂的乙醇溶液，于10～15℃搅拌5～7小时以使硅烷偶联剂的水解产物嫁接到所述沸石前驱体的表面。

较佳地，步骤1)中，所述沸石前驱体和硅烷偶联剂的质量比为(0.5～1)：(0.2～0.4)。

较佳地，步骤2)中，含Sn⁴⁺的水溶液为四氯化锡水溶液，步骤3)中，所述碱液为氨水或NaOH溶液。

较佳地，步骤4)中，热处理时间为5～7小时。

本发明还提供了上述SnO₂/介孔沸石材料的应用，所述SnO₂/介孔沸石材料用于制备甲醇燃料电池阳极催化剂。

本发明的有益效果：

1、采用表面活性剂先制备多级孔(介孔)沸石ZSM-5的前驱体，然后经过热处理形成晶化孔壁，同时Sn(OH)₄也热分解形成纳米SnO₂；