[发明专利]一种甲酸燃料电池阳极催化材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种甲酸燃料电池阳极催化材料，属于无机功能材料领域。

背景技术

燃料电池是不经燃烧直接把燃料的化学能转变为电能的装置，其能量转换类似于内燃机，只要连续供应燃料，燃料电池便能连续发电。和内燃机不同的是，燃料电池不受卡诺循环的限制，可直接将燃料的化学能转化为电能，因此能量转换效率高，而且没有污染和噪音。能在常温下使用的直接甲酸燃料电池（direct formic acid fuel cells,DFAFCs）可以用作袖珍电子产品的清洁能源。在DFAFCs中，甲酸作为燃料在阳极上发生氧化，过去几十年中，人们一般用基于铂的电催化剂来催化甲酸的阳极氧化反应。近来，也有许多人在研究不含铂的催化剂，原因之一是因为铂的储量在地球上很低，难于大规模工业应用，另一个原因是氧化过程中产生的某些物质如CO能够造成铂催化剂中毒而很快失去催化活性。为了解决铂的中毒问题，一些人尝试在铂中加入第二种金属以增强活性，得到的Pt/Ru、Pt/Pd、Pt/Au、Pt/Pb等合金已经被证明是用于DFAFCs的更有效的甲酸氧化催化剂。对于甲酸电氧化而言，钯是比铂更好的催化剂，并且在硫酸介质中能有效的抵制CO中毒。然而，钯催化剂的活性会随着时间的增长而逐渐降低，因此，人们尝试在钯中加入其它金属来改变Pd电催化剂的催化性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种甲酸燃料电池阳极催化材料。

本发明的技术方案是：一种制备甲酸燃料电池阳极催化材料的方法，其特征是，用烧杯在电子天平上称取8mg的活性碳，加入6.7mL蒸馏水，另外再加入0.5mL的无水乙醇以降低表面张力避免碳粉漂浮，按照钯铬摩尔比为7:3-9:1加入钯盐和铬盐溶液，然后超声振荡30分钟以上,再加入10μL0.2mol/L NaOH溶液，调节其pH值为10左右，再加入约2mL的5%NaBH₄溶液，然后不停的搅拌15分钟，静置过夜，得到碳负载的钯铬合金材料（Pd-Cr/C）的沉淀；过滤含Pd-Cr/C沉淀的液体，用二次蒸馏水多次洗涤Pd-Cr/C沉淀，用AgNO₃检验直至洗涤液中不含Cl-离子，然后把Pd-Cr/C材料转入烧杯中，并在热盘上加热，待其稍干后，转入真空干燥箱中，在130°C下真空干燥2小时，在真空中冷却后，即得到催化剂。

本发明的有益效果是：本发明制备的碳负载Pd-Cr合金催化剂的对甲酸电化学氧化的催化催化活性和稳定性都高于碳负载钯催化剂，其中以钯铬原子数目比8:2的催化剂峰值电流为Pd/C催化剂的2.8倍左右，氧化峰电位比Pd/C催化剂负移70mV，有利于在直接甲酸氧化燃料电池阳极催化材料方面的应用。

附图说明

图1为实施例1、2、3制备的催化剂及Pd/C的XRD图谱；

图2为实施例2制备的催化剂的TEM图谱；

图3为实施例2制备的催化剂的粒度直方分布图；

图4为实施例1、2、3制备的催化剂及Pd/C在0.5mol／L HCOOH+0.5mol／L H₂SO₄混合液中的线性伏安曲线；

图5为实施例1、2、3制备的催化剂及Pd/C催化剂电极在1.0mol／LHCOOH+0.5mol/L H₂SO₄混合液中，电位恒定在0.35V的电流-时间曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。必须指出，本发明的实施例并不仅限于此。

实施例1

用烧杯在电子天平上称取8mg的活性碳，加入6.7mL蒸馏水，另外再加入0.5mL的无水乙醇以降低表面张力避免碳粉漂浮，按照钯铬摩尔比为7:3加入钯盐和铬盐溶液，然后超声振荡30分钟以上,再加入10μL0.2mol/L NaOH溶液，调节其pH值为10左右，再加入约2mL的5%NaBH₄溶液，然后不停的搅拌15分钟，静置过夜，得到碳负载的钯铬合金材料（Pd-Cr/C）的沉淀。过滤含Pd-Cr/C沉淀的液体，用二次蒸馏水多次洗涤Pd-Cr/C沉淀，用AgNO₃检验直至洗涤液中不含Cl-离子，然后把Pd-Cr/C材料转入烧杯中，并在热盘上加热，待其稍干后，转入真空干燥箱中，在130°C下真空干燥2小时，在真空中冷却后，即得到Pd_0.7Cr_0.3/C合金催化剂。

实施例2