[发明专利]一种APTMS功能化的Pd基燃料电池催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种APTMS功能化的Pd基燃料电池催化剂及其制备方法与应用，制备时，先采用水热法合成WO₃纳米片，之后利用APTMS对WO₃纳米片进行功能化修饰，最后通过NaBH₄还原贵金属Pd离子，得到APTMS功能化的Pd/WO₃/C燃料电池催化剂，该催化剂作为燃料电池阳极催化剂，用于对甲酸进行催化氧化。与现有技术相比，本发明通过APTMS的功能化修饰，制备出颗粒尺寸较小、分散均匀且对甲酸燃料电池具有优异催化作用的APTMS功能化的Pd/WO₃/C燃料电池催化剂，提高了催化剂的分散性能，降低了催化剂颗粒的尺寸大小，进而有效提高了催化剂的催化性能。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，涉及一种APTMS功能化的Pd基燃料电池催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

燃料电池是一种将存在于燃料及氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，既可应用于军事、空间、发电厂领域，也可应用于机动车、移动设备、居民家庭等领域。甲酸作为一种稳定无毒的液体，是直接液体燃料电池的理想燃料，已受到广泛研究。

直接甲酸燃料电池具有无毒、高能量密度、适宜的操作温度(50-80℃)等优势，是一些便携式装置的潜在电源。燃料电池催化剂对甲酸燃料电池的发展至关重要。研究表明，甲酸的电催化氧化过程有两种路径：一种是直接路径，即两电子路径，甲酸直接脱两个质子氧化成CO₂，此路径避免了CO等中间产物的毒化；另一种是间接路径，其中甲酸会脱质子产生中间产物CO，此路径中催化剂容易被中间产物毒化而失去催化能力。因此，直接路径是甲酸氧化的理想途径。Pd基燃料电池催化剂可以通过直接路径使甲酸发生电催化氧化，从而提高甲酸的电催化氧化性能及稳定性。

授权公告号为CN 100505396 C的中国发明专利公开了一种直接甲酸燃料电池的超细、高分散PD/C催化剂，其组成为：PD金属粒子加载在炭载体上，PD金属的质量占炭载体质量的1-80％，其中PD金属粒子的粒径约3.0NM。其制备方法是：水中加入络合剂、稳定剂、PDCL₂稀溶液和活性炭载体，超声振荡，得组分A；加入过量还原剂，超声振荡，还原出的PD微粒附于碳载体上，得组分B；组分B水洗，真空或惰性气体保护下干燥。上述专利公布的技术方案中，PD/C催化剂对甲酸的电催化活性较高，但该催化剂中，PD在C载体上的分散性能仍未得到有效提高，依然会出现团聚现象，影响了催化剂催化活性的进一步提高。此外，该催化剂容易发生H中毒，并仍存在CO中毒的可能，因而催化剂的使用寿命较短。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种活性组分分散均匀且催化活性高的APTMS功能化的Pd基燃料电池催化剂及其制备方法与应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种APTMS功能化的Pd基燃料电池催化剂的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

(1)水热法合成WO₃纳米片：将浓硝酸的水溶液与Na₂WO₄·2H₂O的水溶液混合后，在170-190℃下反应2.5-3.5h，冷却后，经抽滤、洗涤、干燥即得到所述的WO₃纳米片；

(2)APTMS功能化修饰WO₃纳米片：将WO₃纳米片加入APTMS的水溶液中，并在25-35℃下搅拌反应10-15h，离心洗涤后得到APTMS功能化的WO₃纳米片；

(3)APTMS功能化的Pd/WO₃/C燃料电池催化剂的制备：