[发明专利]应用于甲醇燃料电池阳极的核壳结构Ptx

说明书

本发明的目的在于提供一种应用于甲醇燃料电池阳极的核壳结构Pt_xMo_y@TiO₂催化剂及其制造方法。该催化剂结构坚固且稳定，通过将Pt_xMo_y以合金形式均匀包覆在TiO₂表面，实现该核壳结构Pt_xMo_y@TiO₂催化剂的制备。本发明采用二氧化硅包覆技术，可以有效防止在高温烧结过程中出现的颗粒团聚现象，有效增加活性位点数量。与商业ETEK催化剂相比，该“核壳结构Pt_xMo_y@TiO₂催化剂”对甲醇的催化活性、抗CO中毒能力及稳定性方面均有显著提升。

技术领域

本发明涉及纳米复合催化剂制备领域，尤其涉及一种应用于甲醇燃料电池阳极的核壳结构Pt_xMo_y@TiO₂催化剂及其制造方法。

背景技术

直接甲醇燃料电池(DMFCs)具有燃料来源广泛、携带方便、能量转化率高、环境友好等突出的优越性，被认为是21世纪首选的清洁高效的发电技术。催化剂是燃料电池中重要的组成部分，合理的使用催化剂可以提高燃料电池的能量输出效率和整体性能。迄今为止，具有高活性和高转化率的铂(Pt)基催化剂是最常用的阳极催化剂。然而，由于Pt资源有限，价格高昂，抗一氧化碳(CO)中毒能力差等缺点，导致催化甲醇效率较低，极大地限制了DMFCs的发展。因此，开发一种在降低Pt的用量的同时提高Pt基催化剂的催化效率，对推动DMFCs的发展有着重要的意义。

近年来，为实现在降低Pt含量的同时提高Pt利用率及催化效率的目标，具有多种典型形貌的Pt基催化剂被相继研发出来。中国专利CN201711338636.7公开了一种具有Pt开口空心结构催化剂的制备方法，在温和的反应条件下，所制备的催化剂具有孔径大，电化学活性表面积高等特点，能提升贵金属Pt的利用效率及甲醇氧化的电催化活性。中国专利CN201310611648.8公开了一种具有多孔阵列的Pt-p-H_xMoO₃阳极催化剂的制备方法，该多孔阵列大大增加了催化剂的比表面积，极大地提高了电催化甲醇氧化活性和抗中间产物中毒能力。中国专利CN201610521049.6公开了一种PtPd电催化剂的制备方法，该专利通过引用非Pt金属(Pd)形成金属间化合物，制备了具备空心网状结构的PtPd催化剂，极大地促进了电催化甲醇性能，是一种极具发展前景的催化剂。中国专利CN201810182669.5公开了一种凹立方体PtIr合金纳米晶电催化剂的制备方法，该催化剂具有高指数晶面结构，开放的表面结构，为反应物提供了大量的活性位点，以及通过合金化表面结构的双功能机理显著增强抗CO的中毒能力，对甲醇、乙醇、甲酸等具有优异的电催化性能。以上研究可看出，研究者们普遍通过引入非Pt金属与Pt形成金属间化合物或者合金，进而改变Pt的电子结构，形成具有典型结构(空心结构、网状多孔结构、框架结构等)的高活性催化剂，其具有开放的结构、低密度，能极大地增大催化剂的比表面积，提高原子利用率，从而提高电催化活性。然而，上述催化剂经过结构裁剪、产物收集及长时间运行后，容易造成内部结构的破环，导致结构坍塌，进而减少活性位点的暴露数量，降低了贵金属Pt的利用率，使催化剂整体活性不高且稳定性较差。因此，构建结构坚固、稳定、贵金属Pt利用率高的新型催化剂是解决当前问题的有效路径之一。

发明内容