一種鈀鐵雙金屬甲醇燃料電池陽極催化劑的製備方法
2023-04-28 13:00:56
專利名稱：一種鈀鐵雙金屬甲醇燃料電池陽極催化劑的製備方法
技術領域：
本發明涉及燃料電池的生產技術領域，特別是用作燃料電池的催化劑的製備技術領域。
背景技術：
甲醇是最簡單的液態有機物，且來源豐富、價格低廉、方便儲存和攜帯、無毒及能量轉換效率高。目前甲醇有兩種使用方式一是將甲醇重整改質成富氫氣體進入氫氧燃料電池進行發電；ニ是直接將甲醇作為燃料在燃料電池內進行電催化發電，這就是直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)。與其他燃料電池相比，DMFC價格便宜，
結構簡単，儲存方便，啟動時間短，運行安全可靠，能量密度高及方便補充燃料，適用於移動式或可攜式電源；但是DMFC的商業化仍然受到ー些技術問題的制約，如催化劑的活性偏低、甲醇易滲透問題等。目前對DMFC的研究主要集中在兩方面ー是改善催化劑的電催化性能，ニ是研究防止滲透的質子交換膜。考慮到鉬的價格昂貴且易中毒，因此除了鉬基陽極催化劑外還有其他非鉬基材料被用作陽極催化劑。Wentao Wei利用一種簡單環保的方法在碳納米點上成功合成出了分散性好的鈀納米粒子，這個方法無需額外的表面活性劑及還原劑，所合成的Pd-C混合納米粒子具有高導電性，對有機分子燃料氧化物提供了連續的活性面。與商業用途的Pd/C相比，這種「裸」鈀納米粒子對甲醇氧化的起始電位更負，電流密度更高，在DMFC的陽極催化劑應用方面有很大的潛力。另外，在加入另ー種非貴金屬之後，可以大大提高甲醇氧化峰峰電流密度，且同時減小貴金屬的負載量，降低產品的生產成本。
發明內容
本發明的目的在於提供一種新的鈀鐵雙金屬甲醇燃料電池陽極催化劑的製備方法，在低成本的基礎上，進ー步提高甲醇燃料電池陽極催化劑的穩定性和甲醇的催化活性。本發明的技術方案是以由8mmol/L的PdCl2水溶液、8mmol/L的FeCl3水溶液、lmol/L的KNO3水溶液和H2O形成的混合液為鈀鐵電沉積底液，以基體玻碳電極為工作電極，飽和甘汞電極作為輔助電極，鉬片電極作為對電極，在沉積電位為-0. 3V的條件下，採用直接電沉積法製備鈀鐵薄膜電極。所述基體玻碳電極是經過前處理的基體玻碳電極，其處理方法是將玻碳電極用
0.05um的氧化鋁粉拋光，然後再去離子水衝洗掉汙物，再放入質量百分比為50%的硝酸水溶液中超聲清洗，最後依次用こ醇和二次水清洗玻碳電極表面。本發明形成的鈀鐵薄膜電極沉積電量為I X 10_3C，可作為直接甲醇燃料電池生產中的一種非鉬基陽極催化劑，在鹼性環境下對甲醇的電催化效果頗佳，其氧化峰電流密度與Pd/GC電極相比，提高了 3. 37倍；與標準的鈀電極相比提高了 90. 27倍，這說明了在利用該技術後，大大増大了電極的相對比表面積，提高了電催化活性位點數，並且在摻雜了 Fe納米粒子後，在雙金屬的協同作用下，也有效地提升了電催化氧化的效率和貴金屬的利用率，一定程度上降低了生產所需的成本。本發明具有エ藝靈活、可人為控制電沉積過程，反應產物的尺寸形貌可控，生產周期較短，所制甲醇燃料電池氧化電極貴金屬利用率高，大大減低所用成本等特點。以上エ藝中，通過對甲醇電催化氧化峰峰電流的比較，優選的技術方案是當鈀鐵電沉積底液中PdCl2水溶液與FeCl3水溶液的混合體積比為9 I (即鈀鐵比例為9 I)吋，或當直接電沉積法中的沉積電位為-0. 3V時，最大氧化峰的電流密度分別是77. 63mA cm_2，對於對於甲醇的電催化效果理加顯著。
圖I是電化學沉積底液中，鈀/鐵摩爾比為9:1時，所製得的Pd-Fe/GC電極的能譜圖。圖2是在0. 5 M NaOH和I MCH3OH溶液中不同鈀鐵比例的鈀鐵薄膜電極上的電催化氧化甲醇的循環伏安曲線圖。圖3是沉積底液中鈀/鐵摩爾比為9:1時所製得的鈀鐵薄膜電極、鈀薄膜電極和標準鈀電極分別在0.5 M NaOH和I MCH3OH溶液中上的電催化氧化甲醇的循環伏安曲線圖。
具體實施例方式一、製備陽極催化劑
I、基體玻碳電極的前處理用0. 05 的氧化鋁粉拋光玻碳電極，再將己拋光的玻碳電極先用去離子水衝洗掉汙物，再放入質量百分比為50%的硝酸水溶液中超聲清洗5分鐘，最後依次用こ醇和二次水清洗電極表面。2、配置鈀鐵電沉積底液
分別配置8mmol/L的PdCl2水溶液和8mmol/L的FeCl3水溶液溶液，再配置lmol/L的KNO3水溶液溶液。在用二次水洗淨後的八個電解池中，按表I配置八種鈀鐵電沉積底液。各沉積底液的總體積不變，KNO3和H2O體積不變，只改變鈀鐵比例。表I :配置一系列IE鐵電沉積底液的詳細配方表
權利要求
1.一種鈀鐵雙金屬甲醇燃料電池陽極催化劑的製備方法，其特徵在於以由8mmol/L的PdCl2水溶液、8mmol/L的FeCl3水溶液、lmol/L的KNO3水溶液和H2O形成的混合液為鈀鐵電沉積底液，以基體玻碳電極為工作電極，飽和甘汞電極作為輔助電極，鉬片電極作為對電極，採用直接電沉積法製備鈀鐵薄膜電極； 所述基體玻碳電極是經過前處理的基體玻碳電極，其處理方法是將玻碳電極用.0.05um的氧化鋁粉拋光，然後再去離子水衝洗掉汙物，再放入質量百分比為50%的硝酸水溶液中超聲清洗，最後依次用こ醇和二次水清洗玻碳電極表面。
2.根據權利要求I所述鈀鐵雙金屬甲醇燃料電池陽極催化劑的製備方法，其特徵在於所述鈀鐵電沉積底液中PdCl2水溶液與FeCl3水溶液的混合體積比為9:1。
3.根據權利要求I或2所述鈀鐵雙金屬甲醇燃料電池陽極催化劑的製備方法，其特徵在於所述直接電沉積法中的沉積電位為-0. 3V。
全文摘要
一種鈀鐵雙金屬甲醇燃料電池陽極催化劑的製備方法，涉及燃料電池的生產技術領域，以由PdCl2水溶液、FeCl3水溶液、KNO3水溶液和H2O形成的混合液為鈀鐵電沉積底液，以基體玻碳電極為工作電極，飽和甘汞電極作為輔助電極，鉑片電極作為對電極，在沉積電位為-0.3V的條件下，採用直接電沉積法製備鈀鐵薄膜電極。本發明具有工藝靈活、可人為控制電沉積過程，反應產物的尺寸形貌可控，生產周期較短，所制甲醇燃料電池氧化電極貴金屬利用率高，大大減低所用成本等特點。
文檔編號B01J37/34GK102861596SQ201210342730
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月17日 優先權日2012年9月17日
發明者楊晨, 吳足軍, 高倩, 胡效亞 申請人:揚州大學