[发明专利]一种直接甲醇燃料电池RuNi/TiO2纳米管电极及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及直接甲醇燃料电池RuNi/TiO₂纳米管电极及制备方法。

 

背景技术

直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell, DMFC）具有能耗少、能量密度高、甲醇来源丰富、价格便宜、系统简单、运行便捷和噪声低等优点，被认为是未来汽车动力和其它交通工具最有希望的化学电源，引起人们的广泛关注。DMFC最关键的材料之一是电极催化剂，它直接影响电池的性能、稳定性、使用寿命及制造成本。贵金属Pt在低温条件下（小于80℃）具有优异的催化性能，目前DMFC的电极催化剂均以Pt为主要成分，其中PtRu催化剂比纯Pt具有更强的抗CO中毒性能和更高的催化活性，被认为是目前DMFC最佳的催化剂，但是由于其价格昂贵、Ru易溶等缺陷，在DMFC中的利用率还达不到商业化的要求。人们进行了大量研究制备多元复合催化剂以提高其催化活性，提高抗CO毒化能力。TiO₂掺杂如PtRuTiO_X/C 和Au/TiO₂PtRu催化剂或作为载体如PtNi/TiO₂、PdAg/TiO₂、PdNi/TiO₂等，可以减少催化剂中贵金属Pt的用量或制备非铂催化剂，降低催化剂制造成本，提高催化性能和抗CO毒化能力，具有应用前景。RuNi/TiO₂纳米管电极可作为传感器或直接甲醇燃料电池阳极，对甲醇具有良好的催化性能和抗CO毒化性能，还未见报道。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用作直接甲醇燃料电池阳极，降低直接甲醇燃料电池催化剂成本，提高其催化活性和抗CO毒化能力的直接甲醇燃料电池RuNi/TiO₂纳米管电极及制备方法。

本发明的技术解决方案是：

本发明以钛板阳极氧化先在表面形成纳米管，然后电镀沉积纳米RuNi合金而成。钛板阳极氧化焙烧后在钛板表面形成一薄层高比表面的TiO₂纳米管，TiO₂纳米管表面电镀沉积的RuNi合金能提高TiO₂纳米管的导电性以及RuNi合金对TiO₂的协同作用提高TiO₂对甲醇的催化氧化性能，同时，甲醇氧化产生的CO等中间产物被吸附、转移到RuNi/TiO₂纳米管表面，并被深度氧化为最终产物CO₂，可以提高催化剂的抗CO毒化能力，由于RuNi的价格远低于Pt、Ru等贵金属，且在RuNi/TiO₂纳米管中量较小，因此可以大大降低催化剂的成本，RuNi/TiO₂纳米管电极用作直接甲醇燃料电池阳极，可以提高电池性能。

 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

（1）钛板的前处理：钛板用金相砂纸打磨，丙酮中超声除油15分钟，甲醇或乙醇清洗，1 mol/L的HF处理10分钟，二次蒸馏水超声清洗3次，烘干。

（2）TiO₂纳米管/Ti的制备：将处理好的钛板在电解液中进行阳极氧化。电解液的组成：0.5%-1%的HF，1mol/L的H₂SO₄。电解电位20 V，电解时间30 分钟。电解完毕，去离子水洗涤，烘干，马弗炉中500-600 ℃ 焙烧3小时得TiO₂纳米管/Ti。

（3）RuNi/TiO₂纳米管电极的制备：将制备好的TiO₂纳米管/Ti作为阴极进行电镀，镀液的体积为50 mL。电镀液的组成：

NiSO₄·6H₂O     250 g/L

RuCl₃            1 g /L

H₃BO₃               20g/L

PH:              4.4

T:              室温

电流密度：       5 mA/cm²

 t:               30分钟

  电镀完毕，去离子水洗涤，烘干，得RuNi/TiO₂纳米管电极。