[发明专利]一种直接醇燃料电池阳极催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及直接醇燃料电池用阳极催化剂及其制备方法，具体涉及一种包含稀土氢氧化物的直接醇燃料电池用阳极催化剂及其制备方法。

背景技术

直接醇燃料电池是将储存于燃料醇（如甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等）中的化学能直接转化为电能的一种电化学反应装置。与氢燃料电池相比，直接醇燃料电池具有体积小、重量轻、结构简单、可靠性高、容易携带、补充方便、启动速度快、响应负载速度快等优点。因此，作为一种非常理想的电源，直接醇燃料电池可用作家庭小型发电站、便携式电子电器可移动电源以及电动车辆的动力电源等，具有广阔的应用前景。

但是，目前直接醇燃料电池的研究开发仍然面临严重的挑战。目前商业化的直接醇燃料电池阳极催化剂的主要成分为铂、钯或铂钌合金，其高昂的价格限制了它的应用。而且，铂、钯等抗CO中间体毒化能力弱，导致其稳定性不好。因此，直接醇燃料电池的大规模商业化需要克服的难题之一就是开发活性高、稳定性好、使用寿命长、成本低、抗CO等中间体毒化的阳极催化剂。

为了解决此问题，人们尝试了在Pt中掺入各种金属形成合金，如Ru、Sn、Ti、Ta、Cr、Mo、W、Re、Fe、Os、Co、Ni、Pd、Ag、Cu等。还有些工作是引入金属氧化物，如CeO₂、Pr₆O₁₁、RuO₂、WO₃、ZrO₂、MgO、SnO₂、TiO₂、NiO、MnO₂等。

专利US7563394中公开了一种可用于燃料电池的铂/氧化铈/导电碳纳米电极材料及其制备方法，用于解决燃料电池CO氧化活性低、价格昂贵等问题。专利CN103400999A公开了一种可用于直接甲醇燃料电池的阳极催化剂Pt/CeO₂中空球-C的制备方法：制备CeO₂中空球；将CeO₂中空球和Vulcan XC-72碳溶于乙二醇和异丙醇混合溶液中，超声，搅拌，加入H₂PtCl₆溶液，搅拌，用NaOH的乙二醇溶液调节pH值，然后在微波反应器中反应，然后冷却至室温，用去离子水洗涤至滤液中无Cl^-，再用无水乙醇洗涤三次，干燥，即得。氧化铈之所以能提高铂催化剂的电催化活性和稳定性，主要是因为它可以吸附水分子并使其解离产生氢氧根，从而促进铂表面吸附的CO 等中间体的脱除。但是添加氧化铈后铂的电催化活性与稳定性仍较低。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的方法制备的催化剂电催化活性较低、稳定性较差的问题，提供一种电催化活性较高、稳定性较好的直接醇燃料电池阳极催化剂，并提供该催化剂的制备方法。

本发明的技术方案是：

一种直接醇燃料电池阳极催化剂，该催化剂由稀土氢氧化物与金属/碳载体组成，其中稀土氢氧化物、金属、碳载体的质量比为0.1~0.4：0.1~0.4：0.2~0.8。

所述的稀土氢氧化物为下列中的一种或两种以上：氢氧化铈、氢氧化镨、氢氧化钇、氢氧化镧、氢氧化钕、氢氧化钐、氢氧化铕、氢氧化钆、氢氧化铽；

所述的金属为下列中的一种或两种以上：铂、钯、铂钌合金；

所述的碳载体可以为现有的各种用于制备直接醇燃料电池阳极催化剂的碳载体，例如为活性炭、炭黑、碳纳米管、石墨烯、碳纤维、石墨。所述的碳载体可以商购得到，例如Vulcan XC-72碳、碳纳米管。

所述的金属和碳载体的组合也可以为商购得到的已负载金属的金属/碳载体催化剂，例如E-TEK PtRu/C、E-TEK Pd/C。

一种直接醇燃料电池阳极催化剂的制备方法，包括以下步骤：

第一步，稀土氢氧化物的制备：

将稀土盐溶于醇水混合溶液中，搅拌5~30分钟，形成均匀溶液。然后加入氨水或有机胺，继续搅拌1~3小时。将混合溶液转移至带有内衬的高压反应釜中，将反应釜密闭后放入恒温箱中，在一定温度下反应一定时间。将沉降出来的物料进行固液分离，经水、乙醇洗涤后在60度干燥，制得稀土氢氧化物颗粒。

所述的稀土盐为下列中的至少一种：氯化铈、硝酸铈、硝酸铈铵、氯化镨、硝酸镨、氯化钇、硝酸钇、氯化镧、硝酸镧、氯化钕、硝酸钕、氯化钐、硝酸钐、氯化铕、硝酸铕、氯化钆、硝酸钆、氯化铽、硝酸铽；