[发明专利]低成本N;C掺杂TiO2纳米纤维负载Pd@Ni直接甲醇燃料电池阳极催化剂制备方法

说明书

本发明公开了一种低成本N,C掺杂TiO2纳米纤维负载Pd@Ni直接甲醇燃料电池阳极催化剂制备方法，催化剂由具有高导电性的N,C掺杂的TiO₂纳米纤维与具有核壳结构的纳米Pd@Ni组成，N,C掺杂的TiO₂纳米纤维的质量含量为95~97%，纳米Pd@Ni的质量含量为3~5%，n(Pd):n(Ni)为1:1。本发明催化剂对甲醇具有较高的催化氧化性能。甲醇氧化产生的CO等中间产物被吸附、转移到复合催化剂表面，并被直接深度氧化为最终产物CO₂。由于Ni、Pd的价格远低于Pt、Ru等贵金属，且在催化剂中用量较小，因此催化剂的成本大大降低，催化剂的催化性能和抗CO毒化能力大大提高。

本申请是申请号：201610206968.9、申请日：2016.04.06、名称“N,C掺杂的TiO 2纳米纤维负载Pd@Ni直接甲醇燃料电池阳极催

化剂的制备方法”的分案申请。

技术领域

本发明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（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他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阳极催化剂，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的阳极催化剂均以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，在DMFC中的利用率还不到商业化的要求。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CO毒化能力，如有报道制备了PtRu-NdOx/C催化剂等，可以减少催化剂中贵金属Pt的用量；另有报道制备了PtRu-Ni/C复合催化剂，降低了贵金属用量，PtRu-Ni/C催化剂比PtRu /C催化剂活性高，抗CO毒化能力强。另外，由于DMFC阳极催化剂大都以C基如活性炭、Vulcan XC-72、石墨烯等为载体，发电过程中易氧化，化学性质稳定的纳米TiO₂尤其是改性后具有较高导电性的纳米TiO₂复合材料作为DMFC阳极催化剂载体甚至用作DMFC阳极催化剂，催化剂活性高，抗CO毒化能力强，能大大降低DMFC阳极催化剂的制造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、催化活性高、具有抗毒性的N,C掺杂的TiO₂纳米纤维负载Pd@Ni直接甲醇燃料电池阳极催化剂及制备方法。

本发明的技术解决方案是：

一种N,C掺杂的TiO₂纳米纤维负载Pd@Ni直接甲醇燃料电池阳极催化剂，其特征是：由高导电性的N,C掺杂的TiO₂纳米纤维与具有核壳结构的纳米Pd@Ni组成，N,C掺杂的TiO₂纳米纤维的质量含量为95~97%，纳米Pd@Ni的质量含量为3~5%，n(Pd):n(Ni)为1:1。

一种N,C掺杂的TiO₂纳米纤维负载Pd@Ni直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法，其特征是：包括下列步骤：

（1）N,C掺杂的TiO₂纳米纤维的制备：采用溶胶-凝胶法和静电纺丝法：将钛酸丁酯和聚乙烯吡咯烷酮（PVP)溶于无水乙醇中，然后在搅拌下滴加无水乙醇、冰醋酸、去离子水的混合物，形成均匀透明的溶胶后进行静电纺丝；静电纺丝时，将所述溶胶加入静电纺丝装置，调节电压为25 KV，喷丝头到锡箔的距离为15 cm，每小时喷溶胶2ml，得PVP/TiO₂纤维。将PVP/TiO₂纤维置于管式加热炉，300 ℃空气氛焙烧2 h，N₂保护下，700 ℃焙烧1 h，制得N,C掺杂的TiO₂纳米纤维。