[发明专利]一种直接乙醇燃料电池阳极催化剂及其制备方法

摘要

本发明提供了一种直接乙醇燃料电池阳极催化剂及其制备方法，表示为：PtSn‑ZrO₂/GN，是以石墨烯(GN)为载体，ZrO₂掺杂的部分合金的PtSn为活性组分的催化剂，ZrO₂在PtSn/GN中均匀掺杂；将PtSn‑ZrO₂/GN作为直接乙醇燃料电池的阳极催化剂，其对乙醇氧化的起始电位低于相应的一元，二元催化剂，值为0.14V，稳定性比Pt/GN提高1～2倍，催化乙醇氧化的峰电流密度可以达到9～11mA·cm^‑2。本发明所采用的制备方法简便易行，易于工业应用。所制备的PtSn‑ZrO₂/GN复合催化剂降低了铂的负载量，使催化剂成本大幅度降低。

主权项

1.一种直接乙醇燃料电池阳极催化剂的制备方法，具体步骤如下：A.将Zr(NO3)4·5H2O和氧化石墨(GO)分散在去离子水中配制100ml悬浊液A，其中硝酸锆的摩尔浓度为0.08‑0.27mol/L，氧化石墨的浓度为2g/L；按照悬浊液A与硼氢化钠水溶液的体积比为1：0.15‑0.30滴加10g/L硼氢化钠水溶液，搅拌1‑2h，抽滤，用80％的乙醇溶液洗涤，干燥，得到预还原的ZrO2/GN粉末；B.将步骤A得到的ZrO2/GN粉末超声分散于乙二醇溶液中配成悬浊液B，其中固含量为10‑20g/L，超声分散10‑20min；再于120‑160℃，反应3‑6个小时，抽滤，用80％的乙醇溶液洗涤，干燥，得到ZrO2/GN粉末，再在氮气氛下，温度为550‑700℃煅烧1h；C.将氯铂酸溶液和SnCl2·2H2O按照Pt:Sn摩尔比1‑4:1混合配制溶液C，再将溶液C与乙二醇按体积比1:50‑70混合，用氢氧化钠的乙二醇溶液调节pH＝9‑12；于120‑160℃，反应2‑4h；所述的氢氧化钠的乙二醇溶液的浓度为1‑4mol L‑1；D.将由步骤B制备得到的ZrO2/GN粉末倒入乙二醇配制悬浊液D，其中固含量为5‑15g/L，超声分散15‑30min；再按照悬浊液D与溶液C的体积比为1:2‑5将悬浊液D滴加到步骤C的反应溶液中，于120‑160℃继续反应3‑6h，抽滤，用去离子水和乙醇交替洗涤样品三次，真空干燥得到PtSn‑ZrO2/GN复合催化剂；该催化剂是以石墨烯为载体，ZrO2掺杂PtSn为活性组分的催化剂，其中PtSn为部分合金型，ZrO2均匀掺杂在PtSn/GN中；将该催化剂用作直接乙醇燃料电池阳极催化剂，其乙醇氧化起始电位达到0.1‑0.2V，其稳定性比Pt/GN催化剂提高了1‑2倍，催化乙醇氧化的峰电流密度达到9～11mA·cm‑2。