[发明专利]直接甲酸燃料电池阳极催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池催化剂及其制备方法，尤其涉及一种直接甲酸燃料电池阳极催化剂及其制备方法。

背景技术

    直接甲酸燃料电池可以用于可移动电源及小型化电源，具有广阔的应用前景，然而用于直接甲酸燃料电池的Pd催化剂，稳定性不够好，长期运行后性能显著下降，其中载体的性能直接影响到催化剂的稳定性和活性，目前典型的应用最广泛的燃料电池催化剂载体为Vulcan XC-72，但是该碳材料在燃料电池工作环境下容易被腐蚀。增强碳载体的抗腐蚀能力，寻找更加稳定的载体材料成为提高催化剂稳定性的重要途径之一。

发明内容

为了提高载体的导电性和抗腐蚀能力，提高对甲酸氧化的电催化活性，增加抗甲酸氧化中间体，如CO等物质的中毒能力，提高催化剂的稳定性、耐久性，本发明提供了一种直接甲酸燃料电池阳极催化剂及其制备方法。

本发明的直接甲酸燃料电池阳极催化剂为Pd/ITO-CNTs催化剂，Pd载在ITO-CNTs载体上，其中：Pd载量为催化剂质量的5~40%，碳纳米管的含量为载体质量的30～60%。

本发明的直接甲酸燃料电池阳极催化剂制备工艺过程如下：

（1）称取一定量的ITO和碳纳米管加入到乙二醇和异丙醇混合溶液中，超声波分散0.5~3h，其中载体质量与混合溶液的体积比为1.0~2.0 mg/ml，碳纳米管的含量为载体质量的30～60%；

（2）将PdCl₂固体溶入乙二醇溶液中，PdCl₂浓度为0.26~2.08mg/ml，充分搅拌；

（3） 将上述两种溶液混合，控制Pd载量为催化剂质量的5~40%，强力搅拌3~5h，然后调节溶液pH为8~11；

（4）通入高纯度惰性气体排除溶液中的氧，并在惰性气体的保护下，微波加热至140~160℃；

（5）然后冷却至室温，调节pH在3~4之间，搅拌8~12h；

（6）用大量去离子水抽滤、洗涤后，在真空干燥箱中干燥3~5h，得到Pd/ITO-CNTs催化剂。

本发明首次提出利用铟锡氧化物（ITO）和碳纳米管（CNTs）混合作为载体制备直接甲酸燃料电池阳极催化剂。采用ITO作载体，提高了载体的抗腐蚀和抗氧化能力，又由于ITO是通过Sn离子嵌入氧化物In₂O₃的晶格中，提高了导电性，同时在载体中又加入碳纳米管，进一步提高载体的导电性。

本发明的Pd/ITO-CNTs催化剂对甲酸电氧化的活性和稳定性相对于Pd/CNTs和Pd/ITO显著提高，Pd/ITO-CNTs催化剂上甲酸的正扫氧化峰电流密度是Pd/ITO的2.32倍，是Pd/CNTs的1.51倍，老化500圈循环测试后Pd/ITO-CNTs催化剂上甲酸正扫氧化峰电流密度只衰减了14%，Pd/ITO和Pd/CNTs催化剂上分别衰减了31%和56%。

附图说明

（1）图1为不同含量CNTs的Pd/ITO-CNTs催化剂和载体ITO的XRD谱图；

（2） 图2为不同含量CNTs的Pd/ITO-CNTs催化剂在含有0.5 mol L^-1 HCOOH和0.5 mol L^-1 H₂SO₄混合溶液中的循环伏安曲线；

（3）图3为不同含量CNTs的Pd/ITO-CNTs催化剂在循环扫描500圈后甲酸正扫氧化峰电流密度归一化曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不局限如此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：本实施方式的直接甲酸燃料电池阳极催化剂制备工艺过程如下：

（1）称取一定量的ITO和碳纳米管加入到乙二醇和异丙醇混合溶液中，超声波分散0.5~3h，其中乙二醇和异丙醇体积比为2：1~8：1，载体质量与混合溶液的体积比为1.0~2.0 mg/ml，碳纳米管的含量为载体质量的30～60%；

（2）将PdCl₂固体溶入乙二醇溶液中，PdCl₂浓度为0.26~2.08mg/ml，充分搅拌；