[发明专利]一种非贵金属直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法

说明书

一种非贵金属直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法，它涉及直接甲醇燃料电池阳极催化剂材料的制备方法。它是要解决现有的直接甲醇燃料电池用催化剂催化活性低的技术问题。本方法：一、制备Cu‑BTC；二、制备Ni‑MOF；三、将Cu‑BTC与Ni‑MOF混合研磨，将研磨后的混合物放入马弗炉中焙烧，得到非贵金属直接甲醇燃料电池阳极催化剂。该催化剂在1M NaOH和1M CH₃OH溶液中的CV循环曲线在0.6V左右电流密度可达311.4mA/mg，在8000s内，电流密度保持着原来的80％，电化学稳定性好。可用于甲醇燃料电池中。

技术领域

本发明涉及直接甲醇燃料电池阳极催化剂材料的制备方法。

背景技术

随着经济的快速发展，对能源的需求也不断增大，从而导致能源日益枯竭，环境污染加重，因此，寻找新的能源以及提高能源的利用效率成为了全球关注的焦点问题。燃料电池由于其优异的性能逐渐的走进了人们的视线，燃料电池不需要进行燃烧的过程，所以也不受卡诺循环的限制，其理论能量转换效率可达85％-90％，实际应用过程能量转化效率均在45％-60％之间，远高于火力发电的30％-40％。其中甲醇燃料电池具有能量密度高、环境友好以及能量转换效率高的优点。并且作为一种液态燃料，相比于氢燃料而言，甲醇更加的易于储存和运输，这使得甲醇燃料电池在新能源领域具有很好的发展前景。

但甲醇燃料电池也存在一些问题和挑战。首先，目前对于甲醇氧化应用较多的催化剂多为贵金属催化剂，而贵金属催化剂由于价格昂贵使甲醇燃料电池实现商业化存在一定的困难；其次，在甲醇氧化的过程中，生成的一些中间产物会吸附在活性位点上从而使催化剂失活导致催化反应难以进一步进行，导致催化剂中毒；最后，催化剂在催化的过程中会有颗粒烧结或长大的现象，严重影响催化剂的催化效率。

《应用催化B:环境》(Applied Catalysis B：Environmental)的2019年第244期272-283页的文章《石墨碳氮化物负载Cu、Ni及Cu-Ni双金属纳米粒子对甲醇的电催化氧化》(Electrocatalytic methanol oxidation over Cu,Ni and bimetallic Cu-Ninanoparticles supported on graphitic carbon nitride)公开了一种石墨碳氮化物负载的Cu-Ni双金属纳米粒子催化剂，其大致的制备方法是首先通过热聚合的方法合成了二维氮化碳材料(g-C₃N₄)，以其作为载体与Ni以及Cu的前驱体Ni(NO₃)₂·6H₂O，Cu(NO₃)₂·3H₂O充分混合，以硼氢化钠作为还原剂在50℃的温度下将Ni以及Cu的前驱体还原，然后通过干燥获得Cu-Ni/CN催化剂，得到的催化剂的结构是海绵状形态，其催化性能不到10mA/mg，催化活性低。

发明内容

本发明是要解决现有的直接甲醇燃料电池用催化剂催化活性低的技术问题，而提供非贵金属直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法。

本发明的非贵金属直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法，按以下步骤进行：

一、制备Cu-BTC：将Cu(NO₃)₂·3H₂O与H₃BTC(均苯三甲酸)加入到DMF(N，N-二甲基甲酰胺)中，超声处理，得到混合溶液；再将混合溶液转移至带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密闭后于温度为75～150℃的条件下加热反应24～36h，自然冷却至室温；所得产物经抽滤处理后，先用DMF中浸泡处理，然后抽滤，并以乙醇水溶液冲洗干净，干燥后，得到Cu-BTC金属有机框架材料；