[发明专利]一种直接甲醇燃料电池阳极催化剂及制备方法

说明书

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种直接甲醇燃料电池阳极催化剂及制备方法。阳极催化剂由C包覆的多孔纳米空心TiO₂(C@TiO₂)表面负载RuNi纳米合金(RuNi/C@TiO₂)后包覆高导电性的多孔海绵状聚合物聚苯胺‑聚(2‑丙烯酰胺‑2甲基丙磺酸)组成；C@TiO₂的质量含量为RuNi/C@TiO₂的97～99％，RuNi纳米合金的质量含量之和为RuNi/C@TiO₂的3～1％；RuNi合金中Ru和Ni的摩尔比n_Ru:n_Ni为7:3～3:7；聚合物中苯胺与2‑丙烯酰胺‑2甲基丙磺酸的摩尔比为2:1，苯胺与TiO₂的摩尔比为3～1:1。并且详细阐述了上述阳极催化剂的制备方法。本发明的阳极催化剂可降低直接甲醇燃料电池催化剂成本，提高其稳定性、对甲醇的催化活性和抗CO毒化能力。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种直接甲醇燃料电池阳极催化剂及制备方法。

背景技术

直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell,DMFC)具有能耗少、能量密度高、甲醇来源丰富、价格便宜、系统简单、运行便捷和噪声低等优点，被认为是未来汽车动力和其它交通工具最有希望的化学电源，引起人们的广泛关注。DMFC最关键的材料之一是电极催化剂，它直接影响电池的性能、稳定性、使用寿命及制造成本。贵金属Pt在低温条件下(小于80℃)具有优异的催化性能，目前DMFC的电极催化剂均以Pt为主要成分，其中PtRu催化剂比纯Pt具有更强的抗CO中毒性能和更高的催化活性，被认为是目前DMFC最佳的催化剂，但是由于其价格昂贵、Ru易溶等缺陷，在DMFC中的利用率还达不到商业化的要求。人们进行了大量研究制备多元复合催化剂以提高其催化活性，提高抗CO毒化能力。如有报道制备了PtRuTiO_X/C和Au/TiO₂PtRu催化剂，TiO₂复合可以减少催化剂中贵金属Pt的用量，提高催化性能和抗CO毒化能力，但这些催化剂中贵金属Pt的用量仍然很高，且催化剂以C为载体，C载体在实际应用过程中易氧化，影响催化剂的稳定性和电池的性能。高导电性的多孔海绵状聚合物聚苯胺-聚(2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸)包覆RuNi/C@TiO₂的催化剂还未见报道。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明的目的在于提供一种可降低直接甲醇燃料电池催化剂成本，提高其稳定性、对甲醇的催化活性和抗CO毒化能力的直接甲醇燃料电池非铂阳极催化剂及制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种直接甲醇燃料电池阳极催化剂，其特征在于：所述阳极催化剂由C包覆的多孔纳米空心TiO₂表面负载RuNi纳米合金后包覆高导电性的多孔海绵状聚合物聚苯胺-聚(2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸)组成；

所述C包覆的多孔纳米空心TiO₂表示为C@TiO₂，所述C包覆的多孔纳米空心TiO₂表面负载RuNi纳米合金表示为RuNi/C@TiO₂；

所述C@TiO₂的质量含量为RuNi/C@TiO₂的97～99％；

RuNi纳米合金的质量含量之和为RuNi/C@TiO₂的3～1％；

RuNi合金中Ru和Ni的摩尔比n_Ru:n_Ni为7:3～3:7；

聚合物中苯胺与2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸的摩尔比为2:1；

苯胺与TiO₂的摩尔比为3～1:1。

进一步地，所述C为纳米C。