[发明专利]一种含CeO2的Pt基燃料电池催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域和电化学能源技术领域，涉及含CeO₂的Pt基燃料电池催化剂的合成方法。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell)是一种按电化学方式直接将化学能转化为电能的装置。它不经过热机过程，因此不受卡诺循环的限制，能量转化效率高(40％-60％)，环境友好，几乎不排放氮氧化物和硫氧化物。而其中直接甲醇燃料电池具有环境友好、能量密度高、工作温度低等优点，具有理想的应用前景。

现阶段广泛应用的燃料电池催化剂为碳负载铂纳米颗粒催化剂，其在催化甲醇氧化过程中易吸附中间产物(CO等)，产生催化剂中毒现象。研究人员发现向碳载铂催化剂中引入过渡金属氧化物可以提高其抗中毒性能和催化活性。有报道称铂与氧化物的界面是反应的活性位点，铂表面的溢流效应增强了界面上的反应活性(Fleischmann M,Koryta J,Thirsk H R,Trans Faraday Soc[J],1967,63:1261.)。而二氧化铈作为一种过渡金属，可以提高铂催化剂催化甲醇氧化的活性(Chen H L,Duan J L,Zhang X L,Zhang Y F,Guo C,Nie L,Liu X W,Materials Letters[J],2014,126:9.)。而二氧化铈的导电性较差，掺杂过多会反而会引起催化剂活性的下降，因此研究二氧化铈合适的掺杂量具有实际意义。当前制备CeO₂的方法主要有水热法、沉淀法、溶胶凝胶法等。水热法由于其制备的纳米颗粒粒径较小且分散性较好，是一种常用的合成方法。但是，水热法制备的CeO₂有时会含有复杂的中间产物，这不仅影响催化剂的性能，而且对研究CeO₂掺杂机理造成了困难。寻找一种较为简便的方法合成含CeO₂掺杂的Pt基催化剂成为了一种迫切的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种含CeO₂的Pt基燃料电池催化剂的制备方法。利用该方法制备出的不同CeO₂掺杂含量的催化剂。其中CeO₂掺杂含量为15％的催化剂与其他催化剂相比表现出了较好的催化活性。

本发明的含CeO₂的Pt基燃料电池催化剂是以碳黑为载体，以铂为催化剂，以CeO₂为助催化剂，其中铂的质量分数为20％，其制备方法如下：(1)、将氯铂酸溶液与硝酸铈混合，超声使其分散均匀，备用；(2)、将乙二醇与碳黑混合，超声使其分散均匀，备用；(3)、将上述两种混合液混合，在不断搅拌下，逐滴加入物质的量为硝酸铈5倍的NaOH溶液，继续搅拌均匀；(4)、将上述混合液转移至两口圆底烧瓶中，油浴加热回流；(5)、待反应混合液冷却至室温后，离心分离得到催化剂固体，用乙醇和去离子水混合溶液将催化剂固体洗涤干净；(6)、将洗涤后的催化剂固体转移至干净烧杯中，置于真空烘箱中烘干。

进一步，上述方法制备的CeO₂-Pt/C催化剂中掺杂CeO₂的质量分数为5％～25％，优选CeO₂掺杂质量分数为15％。

上述方法步骤(1)中所述氯铂酸的配制方法如下：将1g H₂PtCl₆·6H₂O固体溶于电阻率大于18MΩ·cm的超纯水中，将溶液转移至100mL容量瓶中，定溶至刻度线。

上述方法步骤(5)中所述的乙醇与去离子水的体积比为1:1。

附图说明

图1为CeO₂-Pt/C催化剂的制备流程图；

图2为制备催化剂的反应装置图；

图3为实施例3中制备的15％CeO₂-Pt/C样品X射线粉末衍射(XRD)谱图；

图4为实施例1～5中制备的各样品的循环伏安测试(CV)图；

图5为实施例1～5中制备的各样品的甲醇氧化(MOR)测试图；

具体实施方式

实施例1