[发明专利]一种直接乙醇燃料电池高抗CO阳极催化剂及制备与应用

说明书

(一)技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别涉及一种直接乙醇燃料电池高抗CO阳极催化剂及制备与应用。

(二)背景技术

直接乙醇燃料电池(Direct Ethanol Fuel Cell，DEFC)是燃料电池中的一种，直接使用乙醇溶液作燃料，与使用氢气和甲醇作为燃料的电池相比，乙醇易于储存运输，可由生物质(Biomass)通过发酵制得，来源丰富，毒性低，含氢量高，是一种完全可再生的资源。DEFC具有能耗少、能源密度高、操作简单、噪声低等优点，在诸如手机、笔记本电脑以及电动车等可移动电源领域具有广阔的应用前景。因此，国内外很多高校、科研机构和大公司均对DEFC研究投入大量的人力和物力。目前研究的重点是新型高温电解质膜及高催化活性和高选择性的电催化剂开发两方面，从而降低DEFC的成本，提高DEFC的性能。

目前用于乙醇氧化的有一元金属电催化剂如Au、Pd、Pt；多元金属电催化剂如Pt-Ru、PtSn/C、Pt/Sb、PtRuSn、PtPd、PtMo等；Pt与金属氧化物复合催化剂如Pt-TiO₂、Pt-WO₃等。

如专利CN201010265868.6(重庆大学，魏子栋等)中报道用蒙脱土稳定钯纳米颗粒催化剂可用于催化甲醇；专利CN 1577927A中报道用铂锡做乙醇阳极催化剂，如专利CN101683614A中报道一种含有Pt/Ru合金和氧化锡的乙醇氧化催化剂的制造方法，提高了催化剂的活性，但一定程度上仍存在制备工艺复杂，条件控制难等问题。

纳米材料具有超小的结构单元、较高的比表面积等结构特点，材料尺度的减小，不仅增加了表面积，更重要的是增加了表面能，从而提高了材料活性位点的利用率。贵金属及过渡金属一直是传统催化剂的重要组分，近年来，纳米技术的发展极大地推动了它们在催化方面的发展。利用各种纳米技术手段，制备出的纳米级贵金属及过渡金属组分的催化剂，较传统的催化剂显示出更好的催化活性。如马厚义等研究了钯、金/钯催化剂对乙醇的电催化氧化，如安徽师范大学尹晓娟硕士论文中报道了TiO₂-CNT/Pt复合纳米催化剂对乙醇的电催化氧化，湖南大学王明涌硕士论文中报道了Pt/CNT/石墨和Pt-Ru/CNT/石墨电极对醇氧化的电催化活性以及电极的长期稳定性研究。然而，这些催化剂对于乙醇氧化有一定的活性，但在乙醇催化氧化过程中产生的CO会吸附在催化剂的活性位点上，大大降低其催化活性，因此并不具备高抗CO的中毒能力，因此需要找到一种活性好并高抗CO中毒能力的催化剂。

(三)发明内容

本发明目的是针对现有的直接乙醇燃料电池的铂基阳极催化剂资源稀缺和易中毒，价格昂贵等缺点，提出了一种直接乙醇燃料电池高抗CO的非铂基材料的阳极催化剂及制备方法与在制备直接乙醇燃料电池电极中的应用。

本发明通过以有机碲源和弱还原剂为原料，制备碲枝晶模板，并以此模板加入含金前驱体制备具有核壳结构的金枝晶微纳米材料，即所述的直接乙醇燃料电池高抗CO阳极催化剂，并且通过控制含金前驱体中金的含量可以控制催化剂中金的质量浓度，以此催化剂制备直接乙醇燃料电池电极，并用所述电极制备具有优异性能的直接乙醇燃料电池。

本发明采用的技术方案是：