[发明专利]一种可见光响应的低温燃料电池中催化阳极及其制备方法

说明书

本发明公开的可见光响应的低温燃料电池中催化阳极由导电基底和负载在导电基底上的催化剂层组成，导电基底由铜、导电玻璃或碳材料制成，催化剂层由二硫化钨纳米片粉末和负载在二硫化钨纳米片粉末上的金纳米催化剂组成；该催化阳极的制备方法步骤简单，可操作性强。该催化阳极在酸性和碱性电解液中均具有良好的化学稳定性、高抗腐蚀性及优异的抗毒化能力，且金纳米催化剂在硫化钨纳米片表面高度分散、不团聚，同时金纳米催化剂和二硫化钨纳米片载体之间的相互作用能够明显增强该催化阳极对醇类小分子的催化性能和可见光响应性能，更重要的是，在可见光照射下该催化阳极对醇类小分子的催化活性与无光照条件下该催化阳极的催化活性相比有明显提高。

技术领域

本发明涉及一种电极及其制备方法，具体是一种可见光响应的低温燃料电池中催化阳极及其制备方法。

背景技术

作为一种将燃料的化学能直接转换为电能的电池技术，燃料电池特别是甲醇燃料电池具有高效率、低排放、绿色无污染等诸多优点，已引起科技界和产业界的高度重视。在燃料电池中，贵金属铂或者铂的合金一直充当阳极氧化的最常用的催化剂。然而纯铂容易被一氧化碳等中间产物毒化，且纯铂催化剂的催化性能和稳定性都比较差，这些缺点限制了铂催化剂在实际中的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种可见光响应的低温燃料电池中催化阳极及其制备方法，该催化阳极在酸性和碱性电解液中均具有良好的化学稳定性、高抗腐蚀性及优异的抗毒化能力，且金纳米催化剂在硫化钨纳米片表面高度分散、不团聚，同时金纳米催化剂和二硫化钨纳米片载体之间的相互作用能够明显增强该催化阳极对醇类小分子的催化性能和可见光响应性能，更重要的是，在可见光照射下该催化阳极对醇类小分子的催化活性与无光照条件下该催化阳极的催化活性相比有明显提高。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种可见光响应的低温燃料电池中催化阳极，由导电基底和负载在导电基底上的催化剂层组成，所述的导电基底由铜、导电玻璃或碳材料制成，所述的催化剂层由二硫化钨纳米片粉末和负载在二硫化钨纳米片粉末上的金纳米催化剂组成。

本发明以具有层状结构的二硫化钨纳米片粉末作为载体，将金纳米催化剂负载在二硫化钨纳米片表面形成催化剂层，得到一种新型的对可见光响应的金-二硫化钨催化阳极。本发明采用的二硫化钨纳米片具有独特的二维结构、优异的光学性能、高抗腐蚀性和结构稳定性，二硫化钨纳米片粉末作为载体一方面可以提高金纳米催化剂的分散度，阻止金纳米催化剂在其表面团聚，另一方面，纳米尺寸的二硫化钨纳米片具有明显的半导体性质，随着二硫化钨纳米片厚度减少，特别是小于100nm以后，二硫化钨纳米片表现出明显优异的可见光响应性能。

本发明可见光响应的低温燃料电池中催化阳极的特点是金纳米催化剂在二硫化钨纳米片表面具有较高的分散性和结构稳定性，在酸性和碱性电解液中均具有良好的化学稳定性、高抗腐蚀性及优异的抗毒化能力，且金纳米催化剂和二硫化钨纳米片载体之间的相互作用能够明显增强该催化阳极对醇类小分子的催化性能和可见光响应性能。在没有光照条件下，该催化阳极中催化剂层的金纳米催化剂能够对甲醇等醇类小分子起到明显的电催化性能；在可见光照射下，二硫化钨纳米片被可见光激发，具有很强的催化氧化能力，也能够直接参与甲醇等小分子醇的催化氧化。也就是说，可见光照射下，该金-二硫化钨催化阳极显示出电催化和光催化的协同作用，该协同作用大幅提高了金纳米催化剂对醇类小分子的催化氧化。更重要的是，在可见光照射下该催化阳极对醇类小分子的催化活性与无光照条件下该催化阳极的催化活性相比有明显提高。

作为优选，所述的金纳米催化剂为均匀分散在所述的二硫化钨纳米片粉末上的金纳米粒子。

一种上述可见光响应的低温燃料电池中催化阳极的制备方法，包括以下步骤：

（1）采用机械剥离的方法制备二硫化钨纳米片粉末；

（2）将金纳米催化剂负载在二硫化钨纳米片粉末表面，得到复合催化剂；