[发明专利]一种高活性燃料电池用双金属PtSn/C催化剂及其制备与应用

说明书

本发明涉及一种高活性燃料电池用双金属PtSn/C催化剂及其制备与应用。制备方法具体包括以下步骤：(a)将Pt(acac)₂和CTAB加入到油胺中并超声搅拌，后加入W(CO)₆和SnCl₂·2H₂O形成反应体系进行加热反应，得到双金属PtSn材料；(b)待反应体系降至室温后，将步骤(a)得到的双金属PtSn洗涤后负载到活性炭上，再经后处理得到双金属PtSn/C催化剂。与现有技术相比，本发明制得的催化剂具有高催化活性和良好的稳定性，可用作直接甲醇燃料电池阳极催化剂，制备过程简单。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种高活性燃料电池用双金属PtSn/C催化剂及其制备与应用。

背景技术

全球气候变化和储存量连续减少的矿物燃料资源使得发展新的替代能源成为现代社会的一个迫在眉睫的重要任务。直接醇类燃料电池不受限于卡诺循环，凭借高能量转换效率、便携性和可使用多种燃料的操作灵活性吸引了研究人员的广泛关注。燃料电池中最重要的组件是催化剂，目前这类电池采用的催化剂依然是贵金属Pt，尽管Pt已被广泛用作甲醇氧化的电催化剂，但是仍存在一些缺点，包括稀缺性、高成本和较差的操作耐久性。

专利CN111162287A公开了一种催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂包括石墨烯基载体和负载在所述石墨烯基载体上的Pt基合金，所述Pt基合金为Pt和金属M的合金，所述金属M选自Pd、W、Sn、Au、Ni、Cr和Co中的至少一种，所述石墨烯基载体定向排列，所述石墨烯基载体与所述Pt基合金的质量比为2～4；所述Pt与所述金属M的摩尔比为1～3。该专利将石墨烯基载体前体、Pt前体和Pd前体分散于还原剂中，混合均匀，得混合液。调节所述混合液的pH至10～14，在无氧条件下，对所述混合液施加电场，同时将所述混合液加热至100℃～140℃，反应完成后，得到所述催化剂。而本发明使用简单的溶剂热法，不需要调节pH和施加电场，一步合成具有均匀纳米线结构的催化剂，同时因为Sn的价格比Pd更低，所以本发明合成的催化剂成本更低。

发明内容

本发明的目的就是提供一种高活性燃料电池用双金属PtSn/C催化剂及其制备与应用，催化剂具有高催化活性和良好的稳定性，显著地提高了Pt基材料对乙醇的电催化氧化活性和催化稳定性，同时抗CO中毒能力提高，该催化剂可用作直接甲醇燃料电池阳极催化剂，且制备过程简单安全。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高活性燃料电池用双金属PtSn/C催化剂的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：

(a)将Pt(acac)₂和CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)加入到油胺中并超声搅拌，后加入W(CO)₆和SnCl₂·2H₂O形成反应体系进行加热反应，得到双金属PtSn材料，呈纳米线结构，其中，Pt(acac)₂和SnCl₂·2H₂O作为提供Pt和Sn元素的前驱体，CTAB作为表面活性剂，油胺作为溶剂和表面活性剂，W(CO)₆作为还原剂，起还原作用的是CO，CTAB和油胺相辅相成，在两者的共同作用下，Pt(acac)₂和SnCl₂·2H₂O中的Pt和Sn元素才能最终形成纳米线结构；

(b)待反应体系降至室温后，将步骤(a)得到的双金属PtSn材料洗涤后负载到活性炭上，再经后处理得到双金属PtSn/C催化剂，其中，W元素在洗涤中已经洗掉，所以最后得到的催化剂中并未出现W元素。