[发明专利]一种铝基铂碳纳米复合材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池催化剂制备技术领域，具体涉及一种铝基铂碳纳米复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。但是，它需要电极和电解质以及氧化还原反应才能发电。

直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）属于质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）中的类，直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇为燃料供给来源，而不需通过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发电。相较于质子交换膜燃料电池(PEMFC) ，直接甲醇燃料电池 (DMFC) 具备低温快速启动、燃料洁净环保以及电池结构简单等特性。这使得直接甲醇燃料电池 (DMFC)可能成为未来便携式电子产品应用的主流。

与传统的石化燃料相比，直接燃料电池具有无污染、能量密度高、运输方便、启动快速、成本低等优势。但是现阶段甲醇燃料电池催化剂仍然存在电催化活性低、氧化电位过高、成本昂贵等问题。因此，迫切需要探索一种既能提高催化剂活性，又能降低成本的新型催化剂的制备方法。

发明内容

解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种铝基铂碳纳米复合材料的制备方法及其应用，具备成本低、电催化活性高、氧化电位低以及比电流密度高等优点。

技术方案：一种铝基铂碳纳米复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

（1）称取10~20质量份铝盐、5~8质量份锂盐和10~15质量份磷酸盐放于球磨机中混合均匀，加入0.5~3.5质量份分散剂后在球磨机中以600~750 r/min的转速粉碎8~12 h；

（2）将步骤（1）粉碎后的前驱物放入真空干燥箱中在70~85 ℃温度下烘干10~12 h，然后放入管式炉中以5~10 ℃/min的升温速度升温到450~550 ℃，封闭炉体后开始通入氩气0.5~1.5 h，流量为100~200 sccm，然后改通流量为200~300 sccm氮气，以5~8℃/min的升温速度升温至700~800℃后保持0.5~1h，然后改通入150~220 sccm的甲烷气体恒温30~60 min生长碳纳米管；

（3）称取10~15质量份铂和2~3.5质量份上述碳纳米管置于反应器中，加入40~50质量份三甘醇，然后通入氮气除氧，流量为50~120 sccm，通入时间为10~25 min，以4~6 ℃/min的升温速度升温至200~260 ℃反应25~50 min，反应完成后冷却到室温备用；

（4）将步骤（3）中冷却后的产物加入40~55质量份的无水乙醇，离心清洗后烘干，得到铝基铂碳纳米复合材料。

作为优选，所述步骤（1）中铝盐为氯化铝、硝酸铝或者磷酸铝。

作为优选，所述步骤（1）中锂盐为碳酸锂、四氟硼酸锂或者六氟磷酸锂。

作为优选，所述步骤（1）中磷酸盐为磷酸二氢铵或者磷酸铵。

作为优选，所述步骤（1）中称取15质量份铝盐、7质量份锂盐和12质量份磷酸盐放于球磨机中混合均匀，加入2质量份分散剂后在球磨机中以700 r/min的转速粉碎10 h。

作为优选，所述步骤（2）中将步骤（1）粉碎后的前驱物放入真空干燥箱中在75 ℃温度下烘干11 h，然后放入管式炉中以6 ℃/min的升温速度升温到490 ℃，封闭炉体后开始通入氩气1 h，流量为150 sccm，然后改通流量为250 sccm氮气，以6 ℃/min的升温速度升温至750 ℃后保持1 h，然后改通入200 sccm的甲烷气体恒温45 min生长碳纳米管.

作为优选，所述步骤（3）中称取13质量份铂和3质量份上述碳纳米管置于反应器中，加入45质量份三甘醇，然后通入氮气除氧，流量为90 sccm，通入时间为15 min，以5 ℃/min的升温速度升温至240 ℃反应36 min，反应完成后冷却到室温备用。

作为优选，所述步骤（4）中将步骤（3）中冷却后的产物加入50质量份的无水乙醇。

本发明的另一个技术方案为所述方法制备的复合材料在燃料电池电极催化剂中的应用。