[发明专利]一种Pt/Fe2

说明书

本发明涉及一种Pt/Fe₂O₃纳米管阵列直接甲醇燃料电池阳极催化剂及其制备方法，属于燃料电池技术领域。本发明通过Fe₂O₃纳米管阵列提供丰富有序的孔道结构，并使用聚电解质PDDA作为桥梁在Fe₂O₃表面静电吸附Pt粒子，有效促进贵金属Pt在Fe₂O₃表面的分散，提高催化剂在甲醇催化氧化过程中的电催化效率和抗CO中毒能力。本发明制备的Pt/Fe₂O₃纳米管阵列直接甲醇燃料电池阳极催化剂可媲美商业Pt(20wt%)/C催化剂，具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种Pt/Fe₂O₃纳米管阵列直接甲醇燃料电池阳极催化剂及其制备方法，属于燃料电池技术领域。

背景技术

能源是整个世界发展的前进动力，随着人们的开发和利用，能源稀缺和环境污染已成为人类面临的重大问题。为解决这些问题，研究人员对非化石能源进行探索与研究。燃料电池是一种便携式电子设备，可以将化学能直接转化成电能，因具有诸多优点而受到广泛的关注，例如：运行安静、能量密度高、效率高以及可以用氢、醇或天然气代替燃料提高能源安全性等。随着研究的发展，燃料电池的应用逐渐趋于全球化。直接醇类燃料电池(DAFCs)作为燃料电池中的一种，其价格低廉，便于携带和储存，相比于氢燃料更安全，在电力设备应用方面具有突出的潜力，从而倍受欢迎。虽然研究人员对燃料电池进行广泛的研究，但是还存在一些难题，如高活性和低成本的阳极催化剂的研究。

在电催化甲醇氧化反应(MOR)中，Pt做为一种最早的催化剂，并具有较好的电催化活性，尤其在降低甲醇氧化过电势方面具有极大的优势。此外，由于贵金属Pt在酸性溶液具有较高的抗腐烛性，使得催化剂的稳定性较好。迄今为止，人们还没有发现一种更好的单一金属来替代Pt。但金属铂自然储量有限、价格昂贵，且甲醇氧化的中间产物易使铂电极中毒，因而研究高催化性能和抗中毒的阳极催化剂，成为燃料电池发展的关键问题。采用新的催化剂体系(Pt合金、Pt-金属氧化物等)，既提高了催化剂的活性，又减少了铂族贵金属催化剂用量从而降低了成本。其中Pt-金属氧化物复合催化剂对醇类有明显的催化活性，并且对防止催化剂中毒也有积极的作用，这为寻找燃料电池新型催化剂提供了新的思路。

本发明在上述现有技术的基础上，本发明首次开发出了一种Pt/Fe₂O₃纳米管阵列直接甲醇燃料电池阳极催化剂，其通过Fe₂O₃纳米管阵列提供丰富有序的孔道结构，并使用聚电解质PDDA作为桥梁在Fe₂O₃表面静电吸附Pt粒子，以期提高催化剂在甲醇催化氧化过程中的电催化效率和抗CO中毒能力。本发明制备的Pt/Fe₂O₃纳米管阵列直接甲醇燃料电池阳极催化剂可媲美商业Pt(20wt%)/C催化剂，具有潜在的应用前景。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种Pt/Fe₂O₃纳米管阵列直接甲醇燃料电池阳极催化剂，其是在Fe₂O₃纳米管阵列表面负载经聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）分散的Pt纳米粒子；所述Pt纳米粒子的质量占Fe₂O₃纳米管质量的3-12wt%。

其中，所述Pt纳米粒子的粒径为5-10nm；所述Fe₂O₃纳米管的直径60-120nm，管壁厚20-30nm；Pt纳米粒子高度分散于Fe₂O₃纳米管的表面和内部。

本发明的另一目的在于提供一种Pt/Fe₂O₃纳米管阵列直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法，包括如下的制备步骤：