一種直接甲醇燃料電池用炭載鈀銀納米復合催化劑的制備方法
【專利說明】一種直接甲醇燃料電池用炭載鈀銀納米復合催化劑的制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種直接甲醇燃料電池用炭載鈀銀納米復合催化劑的制備方法，屬于燃料電池材料科學技術領域和電催化劑技術領域。
【背景技術】
[0002]因為甲醇燃料具有能量密度高，能量效率高和便于運輸和儲存的優(yōu)點，直接甲醇燃料電池在便攜式電源裝置和電動車中具有廣闊的潛在應用前景。直接甲醇燃料電池的陽極反應是甲醇電化學氧化反應是一個涉及到六個電子轉移的復雜反應。目前，對甲醇電化學氧化具有最好催化活性的Pt催化劑仍然是人們的主要研宄對象之一。但是，受到傳統(tǒng)Pt催化劑價格昂貴且資源匱乏的制約，直接甲醇燃料電池很難實現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化應用?？紤]到Pd催化劑在工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應用且Pd在元素周期表中與Pt同族，Pd催化劑對甲醇等小分子醇電化學氧化的研宄引起了越來越廣泛的關注。
[0003]Hong Wang等以陽極氧化鋁為模板采用電沉積法制備了納米銀陣列，并研宄了其對乙酉享[Hong Wang,Changwei Xu,Faliang Cheng，Sanping Jiang.Pd nanowire arrays aselectrocatalysts for ethanol electrooxidat1n.Electrochemistry Communicat1ns,9 (2007) 1212-1216]、甲醇和異丙醇[Faliang Cheng, Hong Wang, Zhihong Sun，ManxiaNing，Zhiquan Cai，Min Zhang.Electrodeposited fabricat1n of highly ordered Pdnanowire arrays for alcohol electrooxidat1n.Electrochemistry Communicat1ns,10(2008)798-801]的電化學活性。研宄結果顯示在堿性溶液中Pd催化劑對小分子醇的電化學氧化具有較好的催化活性。然而，與Pt催化劑相似，甲醇電化學氧化過程中生成的類CO中間產(chǎn)物在Pd催化劑表面的吸附同樣導致其催化活性逐漸減弱。
[0004]為了改善Pd催化劑的活性和抗甲醇中毒性能，Won Bae Kim研宄組[Eun Ja Lim,Hyung Ju Kim, Won Bae Kim.Efficient electrooxidat1n of methanol and ethanolusing MoOx_decorated Pd catalysts in alkaline media.Catalysis Communicat1ns,25 (2012) 74-77]和 R.J.Behm 研宄組[S.Sun，Z.Jusys, R.J.Behm.Electrooxidat1n ofethanol on Pt-based and Pd-based catalysts in alkaline electrolyte under fuelcell relevant react1n and transport condit1ns.Journal of Power Sources，231 (2013) 122-133]在Pd催化劑中分別摻雜了 MoOj^P CeO2，并獲得了成功。根據(jù)雙功能機理和電子效應機理，研宄者已經(jīng)制備了許多具有良好抗中毒性能的多金屬Pt基復合電催化劑，如:PtRu/C、PtSn/C、PtSnCo/C、PtMoSi/C和PtRuEu/C等。本發(fā)明在雙功能機理的指導下，通過在Pd活性組分的基礎上添加Ag組分成功地制備了具有良好抗中毒性能的炭載鈀銀納米復合催化劑。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種直接甲醇燃料電池用炭載鈀銀納米復合催化劑的制備方法，該方法具有制備工藝簡單，實驗重現(xiàn)性高的特點，對其它納米復合催化劑的合成有一定的借鑒意義。
[0006]本發(fā)明提供的直接甲醇燃料電池用炭載鈀銀納米復合催化劑的制備方法的具體步驟如下:
[0007](I)在三口燒瓶中分別加入80mg Vulcan XC-72R活性炭、2.504g聚乙烯吡咯烷酮、2ml0.0564M PdCljK溶液和200ml蒸餾水，然后通過30min的超聲分散使聚乙烯吡咯烷酮完全溶解并將活性炭均勻分散在混合溶液中；
[0008](2)在不斷攪拌的條件下，加入3.3ml IM NaOH水溶液；
[0009](3)繼續(xù)攪拌10分鐘后，向三口燒瓶中加入Iml 0.1177M AgNO3水溶液；
[0010](4)繼續(xù)攪拌10分鐘后，向三口燒瓶中快速加入20ml由128?256mg NaBH4配制的溶液；
[0011](5)連續(xù)攪拌24h后停止攪拌，并靜置24h ；
[0012](6)過濾、充分洗滌，并用真空干燥箱在80°C下干燥6h后，即得到炭載鈀銀納米復合催化劑。
[0013]本發(fā)明制備的炭載鈀銀納米復合催化劑的形貌表征在JEM 2100F透射電鏡(TEM，JEOL)上實現(xiàn)。25°C下，在0.1M KOH+IM CH3OH混合溶液中，通過CHI 760E電化學工作站(上海辰華儀器有限公司)，采用循環(huán)伏安法(CV)評價了所制備的炭載鈀銀納米復合催化劑電化學氧化甲醇的活性。
【附圖說明】
[0014]圖1是實施方案一制備的催化劑的TEM圖片。
[0015]圖2是實施方案一制備的催化劑在0.1M KOH+IM CH3OH混合溶液中的CV曲線。
[0016]圖3是實施方案二制備的催化劑的TEM圖片。
[0017]圖4是實施方案二制備的催化劑在0.1M KOH+IM CH3OH混合溶液中的CV曲線。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明提供的實施例如下:
[0019]實施方案一:制備過程第4步中，NaBHd^用量為128mg ;其它制備條件不變。所得到的催化劑的TEM圖片如圖1所示。圖1顯示，鈀銀納米粒子成功的負載在活性炭載體的表面上。圖2是所得到的催化劑在0.1M KOH+IM CH3OH混合溶液中的CV曲線。CV曲線的電流密度用催化劑的質量進行歸一化。從圖2可以看出，甲醇在催化劑表面電化學氧化的電流密度的峰值電極電位為-0.15V。在此電位下，甲醇電化學氧化的電流密度為0.71mA -mg^1催化劑。此外，從圖2可以發(fā)現(xiàn)，在陰極極化過程中沒有出現(xiàn)甲醇氧化中間產(chǎn)物的中毒峰。該結果顯示該催化劑具有良好的抗甲醇中毒性能。
[0020]實施方案二:制備過程第4步中，NaBHJ^用量為256mg ;其它制備條件不變。所得到的催化劑的TEM圖片如圖3所示。圖3顯示，鈀銀納米粒子成功的負載在活性炭載體的表面上。圖4是所得到的催化劑在0.1M KOH+IM CH3OH混合溶液中的CV曲線。CV曲線的電流密度用催化劑的質量進行歸一化。從圖4可以看出，甲醇在催化劑表面電化學氧化的電流密度的峰值電極電位為-0.15V。在此電位下，甲醇電化學氧化的電流密度為3.56mA.mg—1催化劑。雖然在陰極極化過程中，該催化劑的CV曲線在-0.33V處出現(xiàn)了電流密度為1.64mA 催化劑的中毒峰。但是催化劑表面甲醇氧化的電流峰與中間產(chǎn)物的氧化的中毒峰之間電流密度的比值為2.17。該比值說明該催化劑具有較好的抗甲醇中毒性會K。
【主權項】
1.一種直接甲醇燃料電池用炭載鈀銀納米復合催化劑的制備方法，其特征在于，由以下各步驟組成: (1)在三口燒瓶中分別加入80mgVulcan XC-72R活性炭、2.504g聚乙烯吡咯烷酮、2ml0.0564M PdCljK溶液和200ml蒸餾水，然后通過30min的超聲分散使聚乙烯吡咯烷酮完全溶解并將活性炭均勻分散在混合溶液中； (2)在不斷攪拌的條件下，加入3.3ml IM NaOH水溶液； (3)繼續(xù)攪拌10分鐘后，向三口燒瓶中加入Iml0.1177M AgNO3水溶液； (4)繼續(xù)攪拌10分鐘后，向三口燒瓶中快速加入20ml由128?256mg似8比配制的溶液； (5)連續(xù)攪拌24h后停止攪拌，并靜置24h; (6)過濾、充分洗滌，并用真空干燥箱在80°C下干燥6h后，即得到炭載鈀銀納米復合催化劑。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直接甲醇燃料電池用炭載鈀銀納米復合催化劑的制備方法。該方法包括在聚乙烯吡咯烷酮存在的條件下，通過加入NaOH水溶液調節(jié)反應體系的酸堿性后，用NaBH4做還原劑制備炭載鈀銀納米復合催化劑。通過透射電鏡表征了炭載鈀銀納米復合催化劑中鈀銀納米粒子的形貌。運用循環(huán)伏安法評價了炭載鈀銀納米復合催化劑電化學氧化甲醇的活性。
【IPC分類】B01J23/50, H01M4/92
【公開號】CN104888769
【申請?zhí)枴緾N201510194588
【發(fā)明人】盧利權, 徐光宇, 李彩霞, 閆少輝, 高利珍, 張衛(wèi)珂, 吳綺昀
【申請人】中北大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年4月17日