專利名稱：一種鈀鐵雙金屬甲醇燃料電池陽(yáng)極催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是用作燃料電池的催化劑的制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
甲醇是最簡(jiǎn)單的液態(tài)有機(jī)物，且來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、方便儲(chǔ)存和攜帯、無(wú)毒及能量轉(zhuǎn)換效率高。目前甲醇有兩種使用方式一是將甲醇重整改質(zhì)成富氫氣體進(jìn)入氫氧燃料電池進(jìn)行發(fā)電；ニ是直接將甲醇作為燃料在燃料電池內(nèi)進(jìn)行電催化發(fā)電，這就是直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)。與其他燃料電池相比，DMFC價(jià)格便宜，
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)単，儲(chǔ)存方便，啟動(dòng)時(shí)間短，運(yùn)行安全可靠，能量密度高及方便補(bǔ)充燃料，適用于移動(dòng)式或便攜式電源；但是DMFC的商業(yè)化仍然受到ー些技術(shù)問(wèn)題的制約，如催化劑的活性偏低、甲醇易滲透問(wèn)題等。目前對(duì)DMFC的研究主要集中在兩方面ー是改善催化劑的電催化性能，ニ是研究防止?jié)B透的質(zhì)子交換膜。考慮到鉬的價(jià)格昂貴且易中毒，因此除了鉬基陽(yáng)極催化劑外還有其他非鉬基材料被用作陽(yáng)極催化劑。Wentao Wei利用一種簡(jiǎn)單環(huán)保的方法在碳納米點(diǎn)上成功合成出了分散性好的鈀納米粒子，這個(gè)方法無(wú)需額外的表面活性劑及還原劑，所合成的Pd-C混合納米粒子具有高導(dǎo)電性，對(duì)有機(jī)分子燃料氧化物提供了連續(xù)的活性面。與商業(yè)用途的Pd/C相比，這種“裸”鈀納米粒子對(duì)甲醇氧化的起始電位更負(fù)，電流密度更高，在DMFC的陽(yáng)極催化劑應(yīng)用方面有很大的潛力。另外，在加入另ー種非貴金屬之后，可以大大提高甲醇氧化峰峰電流密度，且同時(shí)減小貴金屬的負(fù)載量，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新的鈀鐵雙金屬甲醇燃料電池陽(yáng)極催化劑的制備方法，在低成本的基礎(chǔ)上，進(jìn)ー步提高甲醇燃料電池陽(yáng)極催化劑的穩(wěn)定性和甲醇的催化活性。本發(fā)明的技術(shù)方案是以由8mmol/L的PdCl2水溶液、8mmol/L的FeCl3水溶液、lmol/L的KNO3水溶液和H2O形成的混合液為鈀鐵電沉積底液，以基體玻碳電極為工作電極，飽和甘汞電極作為輔助電極，鉬片電極作為對(duì)電極，在沉積電位為-0. 3V的條件下，采用直接電沉積法制備鈀鐵薄膜電極。所述基體玻碳電極是經(jīng)過(guò)前處理的基體玻碳電極，其處理方法是將玻碳電極用
0.05um的氧化鋁粉拋光，然后再去離子水沖洗掉污物，再放入質(zhì)量百分比為50%的硝酸水溶液中超聲清洗，最后依次用こ醇和二次水清洗玻碳電極表面。本發(fā)明形成的鈀鐵薄膜電極沉積電量為I X 10_3C，可作為直接甲醇燃料電池生產(chǎn)中的一種非鉬基陽(yáng)極催化劑，在堿性環(huán)境下對(duì)甲醇的電催化效果頗佳，其氧化峰電流密度與Pd/GC電極相比，提高了 3. 37倍；與標(biāo)準(zhǔn)的鈀電極相比提高了 90. 27倍，這說(shuō)明了在利用該技術(shù)后，大大増大了電極的相對(duì)比表面積，提高了電催化活性位點(diǎn)數(shù)，并且在摻雜了 Fe納米粒子后，在雙金屬的協(xié)同作用下，也有效地提升了電催化氧化的效率和貴金屬的利用率，一定程度上降低了生產(chǎn)所需的成本。本發(fā)明具有エ藝靈活、可人為控制電沉積過(guò)程，反應(yīng)產(chǎn)物的尺寸形貌可控，生產(chǎn)周期較短，所制甲醇燃料電池氧化電極貴金屬利用率高，大大減低所用成本等特點(diǎn)。以上エ藝中，通過(guò)對(duì)甲醇電催化氧化峰峰電流的比較，優(yōu)選的技術(shù)方案是當(dāng)鈀鐵電沉積底液中PdCl2水溶液與FeCl3水溶液的混合體積比為9 I (即鈀鐵比例為9 I)吋，或當(dāng)直接電沉積法中的沉積電位為-0. 3V時(shí)，最大氧化峰的電流密度分別是77. 63mA cm_2，對(duì)于對(duì)于甲醇的電催化效果理加顯著。


圖I是電化學(xué)沉積底液中，鈀/鐵摩爾比為9:1時(shí)，所制得的Pd-Fe/GC電極的能譜圖。圖2是在0. 5 M NaOH和I MCH3OH溶液中不同鈀鐵比例的鈀鐵薄膜電極上的電催化氧化甲醇的循環(huán)伏安曲線圖。圖3是沉積底液中鈀/鐵摩爾比為9:1時(shí)所制得的鈀鐵薄膜電極、鈀薄膜電極和標(biāo)準(zhǔn)鈀電極分別在0.5 M NaOH和I MCH3OH溶液中上的電催化氧化甲醇的循環(huán)伏安曲線圖。
具體實(shí)施例方式一、制備陽(yáng)極催化劑
I、基體玻碳電極的前處理用0. 05 的氧化鋁粉拋光玻碳電極，再將己拋光的玻碳電極先用去離子水沖洗掉污物，再放入質(zhì)量百分比為50%的硝酸水溶液中超聲清洗5分鐘，最后依次用こ醇和二次水清洗電極表面。2、配置鈀鐵電沉積底液
分別配置8mmol/L的PdCl2水溶液和8mmol/L的FeCl3水溶液溶液，再配置lmol/L的KNO3水溶液溶液。在用二次水洗凈后的八個(gè)電解池中，按表I配置八種鈀鐵電沉積底液。各沉積底液的總體積不變，KNO3和H2O體積不變，只改變鈀鐵比例。表I :配置一系列IE鐵電沉積底液的詳細(xì)配方表
權(quán)利要求
1.一種鈀鐵雙金屬甲醇燃料電池陽(yáng)極催化劑的制備方法，其特征在于以由8mmol/L的PdCl2水溶液、8mmol/L的FeCl3水溶液、lmol/L的KNO3水溶液和H2O形成的混合液為鈀鐵電沉積底液，以基體玻碳電極為工作電極，飽和甘汞電極作為輔助電極，鉬片電極作為對(duì)電極，采用直接電沉積法制備鈀鐵薄膜電極； 所述基體玻碳電極是經(jīng)過(guò)前處理的基體玻碳電極，其處理方法是將玻碳電極用.0.05um的氧化鋁粉拋光，然后再去離子水沖洗掉污物，再放入質(zhì)量百分比為50%的硝酸水溶液中超聲清洗，最后依次用こ醇和二次水清洗玻碳電極表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述鈀鐵雙金屬甲醇燃料電池陽(yáng)極催化劑的制備方法，其特征在于所述鈀鐵電沉積底液中PdCl2水溶液與FeCl3水溶液的混合體積比為9:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述鈀鐵雙金屬甲醇燃料電池陽(yáng)極催化劑的制備方法，其特征在于所述直接電沉積法中的沉積電位為-0. 3V。
全文摘要
一種鈀鐵雙金屬甲醇燃料電池陽(yáng)極催化劑的制備方法，涉及燃料電池的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，以由PdCl2水溶液、FeCl3水溶液、KNO3水溶液和H2O形成的混合液為鈀鐵電沉積底液，以基體玻碳電極為工作電極，飽和甘汞電極作為輔助電極，鉑片電極作為對(duì)電極，在沉積電位為-0.3V的條件下，采用直接電沉積法制備鈀鐵薄膜電極。本發(fā)明具有工藝靈活、可人為控制電沉積過(guò)程，反應(yīng)產(chǎn)物的尺寸形貌可控，生產(chǎn)周期較短，所制甲醇燃料電池氧化電極貴金屬利用率高，大大減低所用成本等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01J37/34GK102861596SQ201210342730
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者楊晨, 吳足軍, 高倩, 胡效亞 申請(qǐng)人:揚(yáng)州大學(xué)