[发明专利]一种表面活性剂改性的燃料电池阳极催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池催化材料制备技术领域，具体涉及一种表面活性剂改性的燃料电池阳极催化剂的制备方法。

背景技术

燃料电池被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术，是通过电化学反应将化学能直接转化为电能的装置，可以直接使用甲醇、乙醇等液体燃料作为燃料电池的原料气，对环境几乎没有污染。催化剂是燃料电池中关键材料之一，催化剂的成本占到燃料电池成本的1/3，对于燃料电池这种未来清洁能源的商业化具有非常重要的意义。关于燃料电池阳极催化剂的研究主要集中在Pt系金属方面，Pt是最早被使用的燃料电池催化剂。然而，由于燃料电池电化学氧化过程复杂，许多中间产物尤其是CO会在Pt表面吸附而引起催化剂中毒，大幅降低了Pt的催化活性及稳定性，同时Pt在地球中的含量很少，价格昂贵，近年来，研究人员尝试多种方法制备各种活性组分高度分散的钯基催化剂。催化剂载体对催化剂的性能也有着重要影响，首先载体能够有利于纳米颗粒的分散，从而提高其利用率及电流密度；同时载体也能够参与到催化反应中去，比如与一些反应的中间产物发生作用，从而影响催化剂的催化性能。作为燃料电池催化剂的载体，通常要具有优异的导电性能，以利于反应的电子传递；较大的比表面积，能够使纳米材料均匀分散；良好的耐腐蚀性能，能够在强酸、强碱等介质中长久工作，并能耐一定温度和电流；较好的结合能力，能够使催化剂颗粒稳定在载体上。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种表面活性剂改性的燃料电池阳极催化剂的制备方法。通过添加合适的表面活性剂，对载体材料进行改性，能够显著提高钯纳米催化剂颗粒在载体表面的分散性，进而提高其催化性能。

本发明是通过如下技术方案实施的：

一种表面活性剂改性的燃料电池阳极催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将表面活性剂与Ca(NO₃)₂·4H₂O，TEOS溶于溶剂中超声使其均匀分散后置于烘箱中干燥得混合物A；

（2）将步骤（1）所得混合物A放置于程控炉500-600℃保温2小时，得混合物B；

（3）将步骤（2）所得混合物B与活性炭材料加入氯钯酸溶液中，快速搅拌4h，充分分散得溶液A；

（4）将还原剂溶于水中得溶液B；

（5）将步骤（4）所得溶液B缓慢逐滴加入步骤（3）所得的溶液A中，室温下磁力搅拌4h后离心洗涤干燥，即得硅酸钙与活性炭负载的钯纳米催化剂材料。

所述表面活性剂为CTAB、CTAC、P123和F127中的一种或几种。

步骤（1）中所述溶剂为无水乙醇。

步骤（1）中，Ca(NO₃)₂·4H₂O与TEOS的摩尔比为1:3~3:1。

步骤（1）中，Ca(NO₃)₂·4H₂O与表面活性剂的摩尔比为0.5:1~1:1。

所述氯钯酸溶液的浓度为18.9 mmol/L；所述溶液B的浓度为0.1 mol/L。

步骤（3）中混合物B、活性炭材料和氯钯酸溶液的质量比为1:1:1。

溶液A与溶液B的体积比为1:2。

步骤（4）中所述还原剂为NaBH₄。

所述步骤中样品离心洗涤所用溶剂为无水乙醇或水。

本发明的显著优点在于：通过表面活性剂获得不同形貌的CaSiO₃-C复合载体，显著提高钯纳米催化剂颗粒在载体上的分散性，同时结合液相还原法获得尺寸均匀的钯纳米颗粒，对乙醇及甲醇等醇类燃料具有较高的催化活性；另外，复合载体中的CaSiO₃能够显著提高催化剂对羟基的吸附，加速中间产物CO在催化剂表面的脱附过程，从而有效改善催化剂的稳定性。本发明原料简单易得，制备工艺稳定，达到了实用化和工业化的条件。

附图说明

图1是燃料电池阳极催化剂材料的SEM图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1：材料的制备

（1）按照Ca(NO₃)₂·4H₂O与表面活性剂CTAB摩尔比0.5:1，与TEOS摩尔比1:3称取原料溶于无水乙醇中超声使其均匀分散后置于烘箱中干燥，得混合物A；

（2）将步骤（1）所得混合物A放置于程控炉中500℃保温2小时，得混合物B；