[发明专利]一种用于直接甲酸盐燃料电池阳极的双位点催化剂的制备方法

说明书

一种用于直接甲酸盐燃料电池阳极的双位点催化剂的制备方法，属于燃料电池阳极催化剂领域。商业钯炭催化剂经铜盐前驱体水溶液处理后，随后进行减压过滤、真空干燥、研磨、在氩气氛围下于管式炉中进行煅烧处理，之后自然冷却，即得最终催化剂。该法所制得催化剂适用于直接甲酸盐燃料电池阳极，通过向载体引入廉价过渡金属相关物种，有效促进了中间体的脱附并提高了催化剂活性。

技术领域

本发明属于燃料电池阳极催化剂领域，具体公开了用于直接甲酸盐燃料电池阳极的双位点催化剂的制备方法。

技术背景

甲酸盐作为常温下的固态化合物，和绝大多数燃料电池燃料相比，其储运方便且成本低，毒性可以忽略，安全性高，对于燃料电池的应用而言，是一种理想燃料。

研究表明，对甲酸盐电氧化活性最高的催化剂是钯基金属催化剂。然而，纯钯上甲酸盐的电氧化过程，存在反应中间体(H_ad)在金属钯位点上吸附过强的问题，这会阻碍反应物的吸附，不利于反应进行。故只含有贵金属位点的商业贵金属催化剂并不能很好催化甲酸盐电氧化过程，需采取适当策略促进中间体的脱附以提升催化性能。

考虑到经济成本等现实因素，燃料电池用催化剂需具备以下特征：合成路线短、成本低、性能高。商业钯炭催化剂在催化甲酸盐氧化时，面临强吸附中间体难以脱附的问题。我们所制备的催化剂，通过引入具有亲氧性的铜相关物种来提供辅助位点，即在现有催化剂载体上构筑对催化反应过程有辅助作用的亲氧位点，促进了反应过程吸附羟基物种(OH_ad)的产生，从而促进了钯位点上强吸附中间体的去除。不仅如此，我们提出的策略具有路线短、能耗低、污染小，可拓展性强的特点。在电催化甲酸盐氧化过程中，该催化剂能有效促进中间体的脱附，与此同时也提高了其催化活性。

发明内容

针对现有商业催化剂催化甲酸盐氧化的缺陷，本发明旨在提供一种简便制备电催化甲酸盐氧化催化剂的方法，有效促进反应过程中间体的脱附，提高反应活性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于直接甲酸盐燃料电池阳极的双位点催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)辅助位点的初步固定；称取商业催化剂，加入改性前驱体、水，在室温下进行充分搅拌，获得混合分散液；

(2)混合分散液的分离；对混合分散液进行减压过滤，所得滤饼连同滤纸一同进行真空干燥；

(3)辅助位点的固定；将干燥之后的样品刮下，并在进行充分研磨之后，于惰性气氛围下煅烧处理，结束后自然冷却至室温，即得双位点催化剂。

步骤(1)商业催化剂选自钯炭、铂炭、钌炭、铑炭以及炭载铂钌合金等，商业催化剂、改性前驱体和水的用量分别为每20mg商业催化剂对应3-150mL水，其中改性前驱体不少于0.5mg，且改性前驱体上限用量为制备条件下其在对应溶剂体系中达到饱和时的量；所述搅拌为磁力搅拌，具体搅拌时间为24h，其完全形成均匀分散体系，使商业催化剂中炭载体充分锚定前驱体中铜物种。其中改性前驱体，选自铜的可溶性盐，如硝酸盐、氯化盐、硫酸盐等。

步骤(2)干燥温度为50-150℃。

步骤(3)所述煅烧处理温度为350-800℃，煅烧处理的时间为1-10h。

本发明操作简单，污染小，易于实现，针对甲酸盐氧化特点对现有催化剂进行有针对性改性，上述特征有助于促进直接甲酸盐燃料电池阳极催化剂的实际应用。

附图说明

图1为本发明用于直接甲酸盐燃料电池阳极的双位点催化剂Pd/MC和商业催化剂Pd/C的电镜图；

图2为本发明用于直接甲酸盐燃料电池阳极的双位点催化剂Pd/MC的X射线光电子能谱图；

图3为本发明用于直接甲酸盐燃料电池阳极的双位点催化剂Pd/MC的元素分布图；