[发明专利]二元合金纳米线结构直接醇类燃料电池催化剂的制备

说明书

技术领域

本发明涉及高稳定性直接醇类燃料电池催化剂的制备方法。

背景技术

直接醇类燃料电池(DAFC)由于其具有能量密度高、环境友好、携带方便等突出优点而被广泛研究。然而目前的直接醇类燃料电池催化剂稳定性衰减的机理中存在的纳米级催化剂Pt粒子中毒、醇类燃料传输受阻及催化剂制备成本高的问题；以甲醇燃料为例，甲醇氧化先从甲醇脱氢开始，产生CH₂OH等一系列中间产物，再进一步氧化产生甲酸和吸附的CO_ads等物种，这些毒化物种将占据Pt的活性位(使其中毒)，阻碍甲醇的吸附氧化；另外，金属纳米颗粒在碳载体上的迁移、团聚或溶解再沉积，造成催化剂电化学面积的降低，活性位的减少。

发明内容

本发明的目的为了解决现有直接醇类燃料电池催化剂性能衰降的机理中存在的纳米级催化剂金属粒子中毒、醇类燃料传输受阻及催化剂制备成本高的问题；而提供了二元合金纳米线结构直接醇类燃料电池催化剂的制备方法。

本发明中二元合金纳米线结构直接醇类燃料电池催化剂的制备方法是按以下步骤实现：一、将阳离子型表面活性剂和载体溶于多元醇和极性溶剂中，超声处理后机械搅拌，得到均一的混合物，混合物中阳离子型表面活性剂的浓度为0.5～3倍临界胶束浓度，所述的载体为XC-72炭黑、碳纳米管、石墨烯、介孔碳或碳纤维，所述的阳离子型表面活性剂有十二烷基二甲基叔胺醋酸盐、十六烷基三甲基溴化铵、杂环类如咪唑啉、吗啉胍类、三嗪类衍生物中的一种；二、按金属前驱体盐和配合物中金属元素的总负载量的10％～60％向上述混合物中依次加入金属前驱体盐和配合物，形成混合浆液，其中金属前驱体盐为Pd(C₂H₃O₂)₂、PdCl₂、PtCl₄、AuCl₃、AgNO₃、IrCl₃或RhCl₃，配合物为配合物为Na₂PtCl₆、Na₂PdCl₄、K₂PtCl₆、H₂PdCl₄、HAuCl₄、H₂IrCl₆、H₂PtCl₆、K₂PdCl₄、KAuCl₄、NaAuCl₄、Na₂IrCl₆或K₂IrCl₆，所述金属前驱体盐和配合物中金属元素的原子比为1∶0.2～5，所述金属前驱体盐与配合物中的金属元素不同；三、将步骤二获得的混合浆液微波加热至反应完全，微波加热温度控制在80～160℃，然后经抽滤、洗涤、干燥处理后，即得到二元合金纳米线结构直接醇类燃料电池催化剂。该方法制备催化剂具有的交错一维纳米线树枝状网形结构可以控制金属粒子的溶解长大、团聚和奥斯特瓦尔德熟化过程；与普通的单独催化剂纳米颗粒比较，这种树枝状网形结构可以抑制催化剂粒子淹没于碳载体微孔中，从而提高催化剂的利用率；一维纳米线结构具有各向异性，交错网状结构有利于传质的进行；使用Pd也较Pt便宜很多，从而大大降低了催化剂的制备成本。