[发明专利]用于直接硼氢化物燃料电池阳极核壳结构催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直接硼氢化物燃料电池阳极核壳结构催化剂的制备方法，尤其涉及一种核壳结构纳米复合粒子用作直接硼氢化物燃料电池阳极的方法。

背景技术

直接液态进料的燃料电池是以富含氢的液体燃料，如甲醇、乙醇、硼氢化物、二甲醚等为燃料，用以解决氢燃料电池的随载制备与储运技术难题，其中研究最多的是直接甲醇燃料电池。相比于其它液态燃料，碱金属硼氢化物溶液，是一种含氢较多而又廉价的储氢物质，如硼氢化钠的重量能量密度为5.67Ah/g、氢含量为10.6%（重量百分比），与甲醇相比，硼氢化物化学性质稳定，易于储存、供应，使用安全而不易燃，所以使用硼氢化物水溶液作为燃料的直接硼氢化物燃料电池（DBFC）有望成为解决燃料储存难题的、廉价的低温分散型的电源。

为获得较高的输出功率，直接硼氢化物燃料电池（DBFC）通常以碱性硼氢化物溶液为燃料，以双氧水酸性溶液为氧化剂，其电极反应如下：

阳极：BH₄^-+8OH^-→BO₂^-+6H₂O+8e          E⁰=-1.24V           (1)

阴极：H₂O₂+2H⁺+2e→2H₂O₂                       E⁰=1.77V            (2)

电池总反应为：BH₄^—+4H₂O₂=BO₂^—+6H₂O   E⁰_cell=3.02V          (3)

这种DBFC的理论开路电压可达3.02V，明显高于氢燃料电池1.229V和直接甲醇燃料电池1.214V，也高于以O₂作为氧化剂的DBFC的1.64V。因此，有利于提高DBFC的输出功率。

然而在实际系统中，即使在强碱介质中，BH₄^-在许多金属及其化合物作用下可催化水解释放出氢气，在DBFC阳极氧化过程中产生的电子数低于8，不仅降低了法拉第效率，且释放的氢气泡会阻碍离子的迁移而降低电池的性能，因此，制备专一高效且价格低廉的阳极催化材料是提高DBFC电池性能的关键。

目前，研究比较多的DBFC阳极催化剂有贵金属催化剂（Pt、Au、Pd和Ag），非贵金属催化剂（AB₂和AB₅型储氢合金、过渡金属Fe、Co、Ni、Cu和Zn等）。但在目前使用的单金属催化电极上，BH₄^-在发生电催化氧化的同时，总会或多或少地会有伴随着BH₄^-的分解而放出氢气。为此，一些研究者试图采用合金化的方法，以期开发一种具有高选择性的双功能催化剂用作DBFC的阳极材料。文献Atwan等（Atwan M H, Macdonald C L B, Northwood D O, Gyenge E L. J. Power Sources, 2006, 158(1): 36-44）合成了Au-M（M=Fe、Co、Ni、Cu和Zn）纳米复合粒子用作DBFC阳极催化剂，发现采用二元金属合金化的方法不仅提高了的电极材料对NaBH₄的氧化活性，而且降低了催化剂成本，其中Au-Zn的性能最好。可知，合金结构催化剂一般都表现出比单金属催化剂更好的催化性能，而且不同比例的同一种合金催化剂的性能也有显著差异。