[发明专利]一种碱性直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电极催化剂制备领域，具体涉及一种碱性直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法。

背景技术

直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cells 简写 DMFCs）是以甲醇作为燃料。甲醇来源丰富，价格低廉，在常温常压下为液体，易于携带储存，无 C－C 键束缚，电化学活性高。DMFC 还具有体积小，重量轻，结构简单，可靠性高，维修方便等优点，因此，DMFC 非常适合用于便携式移动电源，如笔记本电脑和手机等。

DMFC的研究虽然已取得了显著的成就，但性能和成本仍不能满足商业化应用的需求，技术上仍存在着较大的问题，如甲醇氧化反应动力学较慢且甲醇的阳极催化剂性能较低，甲醇会通过电解质膜向阴极渗透等。目前广泛使用的是Pt作为直接甲醇燃料电池的阳极催化剂。然而单组分Pt 催化剂不仅成本高且容易被甲醇氧化所产生的中间产物( 如 CO）吸附而毒化，使其催化性能大为降低。因此研究一种成本低，抗CO能力好的直接甲醇燃料电池阳极催化剂成为了众多人研究的热点。

相对于酸性条件下DMFC的研究，碱性条件下DMFC的研究较少。在碱性溶液中，甲醇氧化的中间产物的吸附强度比酸性溶液中弱得多，这使甲醇更容易在碱性溶液中进行电化学氧化。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种碱性直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法。本发明制得的电池阳极催化剂Pt/ FeSnO(OH)₅，电流密度大，催化活性高，抗毒化能力强，导电性能好，是一种良好的碱性甲醇燃料电池的阳极催化剂。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种碱性直接甲醇燃料电池阳极催化剂，该催化剂由Pt/ FeSnO(OH)₅空心纳米复合材料组成，以FeSnO(OH)₅空心纳米颗粒为载体，采用还原剂将氯铂酸还原并负载到FeSnO(OH)₅纳米颗粒表面及内部，制得复合材料；复合材料中Pt的负载量为20~35wt%。

所述的Pt/ FeSnO(OH)₅空心纳米复合材料粒径大小为200~300nm。

一种制备如上所述的碱性直接甲醇燃料电池阳极催化剂的方法，包括以下步骤：

（1）FeSnO(OH)₅空心纳米颗粒的制备：将0.3~1mol/L可溶性亚铁盐溶液与0.3~1mol/L SnCl₄水溶液混合，在0~80℃条件下搅拌均匀，搅拌过程中保持温度恒定，得到溶液1；将1~5 mol/L的NaOH溶液缓慢加入到溶液1中，搅拌3~8h，得到溶液2，用去离子水和乙醇离心清洗溶液3~5次后，在60~100℃干燥10~12h，得到FeSnO(OH)₅空心纳米颗粒；

（2）Pt/ FeSnO(OH)₅空心纳米复合材料的制备：

① 将步骤（1）制得的FeSnO(OH)₅空心纳米颗粒加入到0.3 mol/L的盐酸中搅拌刻蚀2~4h，用去离子水和乙醇离心清洗3~5次，干燥得到FeSnO(OH)₅粉末；

② 将FeSnO(OH)₅粉末加入至含有还原剂的氯铂酸水溶液中，搅拌均匀，超声30~60 min；静置，待固体完全沉淀后，用去离子水和乙醇离心清洗3~5次，干燥，制得Pt/ FeSnO(OH)₅空心纳米复合材料。

步骤（1）中Fe²⁺、SnCl₄、NaOH的摩尔比为1:1:7~10。

步骤（2）中FeSnO(OH)₅纳米颗粒与氯铂酸的摩尔比为0.4~0.6:1。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明制得Pt/ FeSnO(OH)₅空心纳米复合材料，其电流密度大、催化活性高、抗毒化能力强、导电性能好，是一种良好的碱性甲醇燃料电池的阳极催化剂；

（2）本发明先制备出FeSnO(OH)₅空心纳米颗粒，再将Pt均匀分布在空心纳米颗粒的内部和表面，制备过程简单，易于操作，而且生产成本低。

附图说明

图1 实施例1制得的Pt/FeSnO(OH)₅催化剂的XRD图；

图2 实施例1制得的Pt/FeSnO(OH)₅催化剂的TEM照片；