[发明专利]一种燃料电池用钯碳催化剂的制备方法

说明书

本发明提供了一种燃料电池用钯碳催化剂的制备方法，涉及燃料电池催化剂领域，包括以下步骤：配置一定浓度的钯盐溶液，加入乙二醇和磷酸酯，超声振荡处理5‑10min得到纳米钯悬浮溶液，将其缓慢加上到聚多巴胺溶液并将改性活性炭加入，继续超声振荡处理10‑20min后升温煮沸反应1‑3h后过滤，去离子水洗涤至中性，至于碳管炉中，氮气保护下升温至250‑300℃焙烧2‑4h即可，制备得到的钯碳催化剂催化性能强，使用寿命长，而且本发明工艺简单，原料便宜易得，价格低廉，适合规模化制备，通过对多巴胺溶液浓度、钯盐的浓度的精准控制和超声振荡处理，一定的程度上阻止了金属钯的聚集、流失以及中毒失活。

技术领域

本发明燃料电池催化剂领域，具体涉及一种燃料电池用钯碳催化剂的制备方法。

背景技术

燃料电池是一种电化学的发电装置，等温的按电化学方式，直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程，不受卡诺循环限制，因而能量转化效率高，且无噪音，无污染，正在成为理想的能源利用方式。

燃料电池主要由正极、负极、电解质和辅助设备组成。常用的燃料除氢气外还有甲醇、联氨、烃类及一氧化碳等。氧化剂一般为氧气或空气。电解质常见的有磷酸、氢氧化钾、熔融碳酸盐及离子交换膜等。目前，燃料电池采用电化学催化剂来进行催化，但现有的电化学催化剂或成本高或性能低，难以满足使用要求。在燃料电池的使用中，贵金属对甲酸、甲醇和乙醇等小分子的催化起着核心作用。碳载铂（Pt/C）催化剂的电化学活性和稳定性很高，是目前燃料电池中使用的主要催化材料。但铂（Pt）的价格高，易受CO毒化，因此发展非Pt 催化剂成为必然趋势。钯（Pd）是替代Pt的较好选择，Pd的价格远低于Pt，可以很大程度地降低催化剂成本。而且Pd与Pt具有类似的电子结构和物理、化学性能，作为电催化剂材料时稳定性较好。

在碱性条件下，Pd/C对乙醇电化学氧化的催化活性高于Pt/C。此外Pd在甲酸、甲醇中也表现出良好的催化活性。这使Pd催化剂在燃料电池中表现出良好的应用前景。但是目前的钯碳催化剂由于制备方法的缺陷，钯含量不够，导致催化活性低，而且钯与活性炭的结合力差，在运输和储存过程中，由于碰撞和磨损，导致金属钯脱落，造成钯碳催化剂失活。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种燃料电池用钯碳催化剂的制备方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种燃料电池用钯碳催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丙基氢氧化铵、γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入到去离子水中，搅拌升温至40-50℃，滴加氨水至体系pH至10，保温搅拌20-40min后冷却至室温待用；

（2）配置质量浓度为2-5%的多巴胺溶液，将多巴胺溶液缓慢滴加至上述溶液中，滴毕后室温搅拌20-25h得到混合溶液，向混合溶液中加入乙醇继续搅拌5-10min，离心去除上清液后补加相同体积的乙醇继续搅拌5-10min；

（3）配置一定浓度的钯盐溶液，加入乙二醇和磷酸酯，超声振荡处理5-10min得到纳米钯悬浮溶液，将其缓慢加上到上述溶液并将改性活性炭加入，继续超声振荡处理10-20min后升温煮沸反应1-3h后过滤，去离子水洗涤至中性，置于碳管炉中，氮气保护下升温至250-300℃焙烧2-4h即可。

进一步地，步骤（1）中丙基氢氧化铵、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、去离子水的重量比为1：0.05-0.1:20-25。

进一步地，步骤（2）中两次加入的乙醇体积相同，是混合溶液体积的1-1.2倍。

进一步地，步骤（3）中钯盐溶液的配置方法为：

将氯化钯与一定量水混合，搅拌下滴入助溶剂，滴毕后升温至40-50℃，保温搅拌直至固体完全溶解即可。