[发明专利]一种复合电催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于燃料电池技术领域，公开了一种复合电催化材料及其制备方法和应用。将泡沫金属加入到葡萄糖水溶液中，130～180℃水热反应，产物经洗涤、干燥，即得以金属氢氧化物为核、碳材料为壳的载体材料；在室温及搅拌条件下，将所得载体材料置于钯或铂的镀液或含钯或铂的二元合金镀液中进行电镀，洗涤、干燥，得到复合电催化材料。本发明以含碳氢氧化物为载体负载贵金属或其合金的复合电催化材料，葡萄糖水热碳化将抑制氢氧化物的过度生长，控制了氢氧化物的形貌，提高了其导电性能，因此，显著提高了复合电催化材料的性能，对乙醇电催化氧化具有高的活性和良好耐久性。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种复合电催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，研发高效安全的燃料电池技术对于解决能源与环境等全球性问题，实现可持续发展具有重大意义。相比于传统氢气燃料电池，直接乙醇燃料电池的技术优势在于：乙醇燃料不仅理论能量密度高(8.0kWh kg^-1)，并且乙醇价格低，可以通过农产品的发酵批量制备。此外，乙醇在常温常压下为液体，便于贮存和输运，且在现有液体燃料(汽油)输运/加注基础设施上具备使用兼容性。研制高活性、高选择性和良好稳定性的阳极电催化材料是发展乙醇燃料电池技术的关键。

钯(Pd)或铂(Pt)对乙醇电催化氧化具有较好的性能，但是在温和温度下，乙醇氧化反应产生的含碳中间产物在催化剂表面的强吸附易造成催化剂中毒，因此，单金属Pd或Pt并不是有效电催化氧化乙醇的阳极催化剂。针对此问题，通常采用催化剂合金化和引入氧化物或氢氧化物载体两种方法进行改进。引入贵金属(例如，Au、Ag和Rh等)或非贵金属(例如，Ni、Co、Cu和Sn等)合金化是为了调变Pd或Pt的电子结构，从而调节催化剂表面与乙醇或其中间产物的作用力，以提高催化剂的本征活性和反应选择性；而引入氧化物或氢氧化物是为了构建由Pd或Pt贵金属组成的复合催化剂。复合催化剂中贵金属电催化乙醇，而氧化物或氢氧化物载体不仅有利于金属催化剂的分散、防止团聚，还可提供羟基(-OH)协助进一步氧化消除吸附在贵金属表面造成催化剂中毒含碳中间产物。采用这二种方法均使单金属Pd或Pt电催化氧化乙醇的性能得到改进，尤其采用氧化物或氢氧化物载体所制备的复合催化剂，具有较优异的电催化性能。但是，通常提供羟基的氧化物或氢氧化物载体的导电性差，限制了电催化剂效能的进一步提高。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种复合电催化材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的复合电催化材料。

本发明的再一目的在于提供上述复合电催化材料在乙醇燃料电池中的应用。

一种复合电催化材料的制备方法，包括以下制备步骤：

(1)将泡沫金属加入到葡萄糖水溶液中，130～180℃水热反应，产物经洗涤、干燥，即得以金属氢氧化物为核、碳材料为壳的载体材料；

(2)在室温及搅拌条件下，将步骤(1)所得载体材料置于钯或铂的镀液或含钯或铂的二元合金镀液中进行电镀，洗涤、干燥，得到复合电催化材料。

优选地，步骤(1)中所述的泡沫金属在使用前先经酸洗和醇洗前处理。

优选地，步骤(1)中所述的泡沫金属是指泡沫镍、泡沫铜或泡沫镍铁合金。

优选地，步骤(1)中所述葡萄糖水溶液的浓度为0.02～0.08M。

优选地，步骤(1)中所述水热反应的时间为12～24h。

优选地，步骤(1)中所述洗涤是指经水洗和醇洗，所述干燥是指在40～80℃干燥4～8h。