[发明专利]一种基于MXene-碳材料复合载体的燃料电池阴极催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于MXene‑碳材料复合载体的燃料电池阴极催化剂的制备方法，使用MXene与修饰过的碳材料复合作为直接甲醇和碱性阴离子膜燃料电池阴极催化剂载体，随后负载钯(Pd)，即可获得Pd/MXene‑碳材料催化剂。相比于传统的钯碳(Pd/C)催化剂，碱性环境下利用本发明新型载体制备出的阴极催化剂，表现出更好的电催化活性和稳定性。

技术领域

本发明涉及一种基于MXene-碳材料复合载体的燃料电池阴极催化剂的制备方法，属于燃料电池技术领域。

背景技术

在碱性环境下的燃料电池以其潜在的高效率、设计简单、内部燃料直接转换、加燃料方便、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等诸多优点受到了人们的广泛关注。然而，碱性环境下的阴极催化剂仍然是直接甲醇和碱性膜燃料电池重要影响因素之一，传统的钯碳(Pd/C)催化剂在长时间运行的过程中炭黑基体的腐蚀，而且会加剧钯(Pd)等贵金属纳米颗粒粒子溶解和团聚，都会缩短两种燃料电池的使用寿命。目前研究工作者依然在找寻更加优异的载体材料。因此，研究新型载体是DMFC和碱性膜燃料电池普及化研究的重要发展趋势。

发明内容

本发明旨在提供一种基于MXene-碳材料复合载体的燃料电池阴极催化剂的制备方法，是基于MXene-碳材料(rGO或CNT)复合载体的直接甲醇和碱性阴离子膜燃料电池阴极催化剂的制备方法，通过使用新型的二维MXene-碳材料复合载体负载Pd，合成Pd/MXene-碳材料催化剂，提高了其催化活性及其稳定性。

本发明基于MXene-碳材料复合载体的燃料电池阴极催化剂的制备方法，使用MXene与用CTAB修饰过的碳材料复合作为直接甲醇和碱性阴离子膜燃料电池阴极催化剂载体。这种载体具有二维结构，有高的比表面活性，质量比活性及抗氧化性，比传统的炭黑做直接甲醇和碱性阴离子膜燃料电池阴极催化剂载体更具有优势。用这种载体制备的催化剂有更高的催化活性、更好的电化学稳定性。

本发明基于MXene-碳材料复合载体的燃料电池阴极催化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：称取一定量的CTAB溶于一定量的水溶液中，加入到碳材料中，超声0.1-20小时，随后将所得混合溶液洗涤，置于真空干燥箱干燥；

步骤2：将步骤1得到的固体研磨成粉末并收集样品为修饰后碳材料，称取一定质量的上述修饰后碳材料粉末加入乙二醇中溶解，溶液浓度为0.1-10mg/ml，超声分散0.1-20小时；

步骤3：称取一定量的MXene分散到去离子水中，超声分散获得浓度为0.1-10mg/ml的MXene溶液；

步骤4：将步骤3获得的溶液与步骤2获得的溶液混合并超声分散均匀；

步骤5：按照Pd的质量为催化剂总质量1-60％的比例计算出所需PdCl₂的量，加入水中超声分散均匀后加入到步骤4获得的混合分散液中；

步骤6：向步骤5获得的分散液中滴加硼氢化钠溶液，滴加完成后用去离子水洗涤，随后置于真空干燥箱中真空干燥0.5小时以上，即可得到Pd/MXene-碳材料复合载体负载的催化剂。

步骤1中，所述碳材料为rGO或CNT，溶液中碳材料与CTAB的质量比为0.1-10：0.1-10。