[发明专利]一种直接甲酸燃料电池阳极用生物质基催化剂及其制备方法

权利要求书

1.一种直接甲酸燃料电池阳极用生物质基催化剂，其特征在于，该催化剂的活性组分为纳米级钯基催化剂，载体为生物质基含有杂原子的多级孔碳；

所述的生物质为花生壳、竹子、麦秸秆、玉米秸秆中的一种或两种及以上的混合物；

所述的钯基催化剂为金属钯或钯基多金属催化剂。

2.根据权利要求1所述的一种直接甲酸燃料电池阳极用生物质基催化剂，其特征在于，所述的生物质基含有杂原子的多级孔碳，孔径小于2 nm的微孔占总孔的体积百分比为5~30%，孔径在2~50 nm的介孔占总孔的体积百分比为30~75%，大于50nm的大孔占总孔的体积百分比为20~40%。

3.根据权利要求1所述的一种直接甲酸燃料电池阳极用生物质基催化剂，其特征在于，所述的生物质基含有杂原子的多级孔碳中氮（N）元素的质量百分比为0.3~2.0%，磷（P）元素的质量百分比为0.01~1.50%。

4.根据权利要求1所述的一种直接甲酸燃料电池阳极用生物质基催化剂，其特征在于，所述的纳米级钯基催化剂的粒径在2~20 nm范围内。

5.权利要求1所述的一种直接甲酸燃料电池阳极用生物质基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）生物质碳化

将洗净干燥后的生物质材料置于管式炉内，在氮气环境中，以5~10 ℃/min的速度升温至600~1000 ℃，并保持0.5~3 h进行高温碳化，冷却后研磨筛分得到生物质碳粉体A；

（2）生物质碳表面氧化处理

将生物质碳粉体A加入于一份0.5 mol/L稀硫酸中，超声处理进行分散，得到浆液B；将一定量KMnO₄加入另一份0.5 mol/L稀硫酸中，得到溶液C；将浆液B置于冷凝回流装置中，在搅拌下加热至140~160 ℃，将溶液C缓慢加入到浆液B中，并保持在140~160℃回流反应3~7h，得到反应液D；将反应液D冷却至室温后，进行过滤得到滤饼E；将滤饼E加入盐酸溶液中混合均匀，以除去其中的MnO₂，之后多次水洗至洗液呈中性，在50~80 ℃ 下真空干燥12 h得到氧化处理的生物质碳载体F；

（3）直接甲酸燃料电池阳极用生物质基催化剂的制备

配制一定浓度的钯基前驱体水溶液，在保温情况下加入表面活性剂聚乙烯醇（PVA），充分搅拌得到前驱体溶液G；将生物质碳载体F超声分散于去离子水中，随后加入到前驱体溶液G中，搅拌均匀，得到浆料H；然后在浆料H中，逐滴加入还原剂次亚磷酸钠水溶液，滴加时间控制在30~60 min，继续搅拌30~60 min，得到初步还原的生物质基催化剂浆料J；在浆料J中，滴加氢氧化钠溶液，将浆料J的pH调至10.5~11.5，继续搅拌30~120 min，离心并用去离子水洗至洗液呈中性，在80℃下真空干燥12h，得到生物质基催化剂。

6.根据权利要求5所述的阳极用生物质基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中得到的生物质碳粉体A的粒径范围为100~300目。

7.根据权利要求5所述的阳极用生物质基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的浆液B中生物质碳粉体A的质量百分比为0.3~1%，所述的溶液C中KMnO₄的质量百分含量为0.5~3%，所述的盐酸质量分数为36%~38%的浓盐酸。

8.根据权利要求5所述的阳极用生物质基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的钯基前驱体溶液为硝酸钯水溶液或硝酸钯与硝酸铜、硝酸镍或硝酸钴的混合水溶液，金属离子浓度为0.0002~0.002 mol/L；所述的表面活性剂在前驱体溶液G中的质量百分比含量为0.0008-0.003%；所述的浆料H中生物质碳载体F与金属离子的质量比为3~10:1。

9.根据权利要求5所述的阳极用生物质基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的次亚磷酸钠水溶液浓度为2~8 g/L，还原剂与前驱体溶液G中金属离子的摩尔比为1.0~8.0:1。