一種甲酸燃料電池陽(yáng)極催化材料的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種甲酸燃料電池陽(yáng)極催化材料，屬于無(wú)機(jī)功能材料領(lǐng)域。本發(fā)明制備了不同Pd-Cr原子比的碳負(fù)載鈀鉻合金催化劑，其對(duì)甲酸電化學(xué)氧化的催化活性和穩(wěn)定性都高于碳負(fù)載鈀催化劑，其中以鈀鉻原子數(shù)目比8:2的催化劑峰值電流為Pd/C催化劑的2.8倍左右，氧化峰電位比Pd/C催化劑負(fù)移70mV，有利于在直接甲酸氧化燃料電池陽(yáng)極催化材料方面的應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種甲酸燃料電池陽(yáng)極催化材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種甲酸燃料電池陽(yáng)極催化材料，屬于無(wú)機(jī)功能材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是不經(jīng)燃燒直接把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，其能量轉(zhuǎn)換類(lèi)似于內(nèi)燃機(jī)，只要連續(xù)供應(yīng)燃料，燃料電池便能連續(xù)發(fā)電。和內(nèi)燃機(jī)不同的是，燃料電池不受卡諾循環(huán)的限制，可直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，因此能量轉(zhuǎn)換效率高，而且沒(méi)有污染和噪音。能在常溫下使用的直接甲酸燃料電池(direct formic acid fuel cells, DFAFCs)可以用作袖珍電子產(chǎn)品的清潔能源。在DFAFCs中，甲酸作為燃料在陽(yáng)極上發(fā)生氧化，過(guò)去幾十年中，人們一般用基于鉬的電催化劑來(lái)催化甲酸的陽(yáng)極氧化反應(yīng)。近來(lái)，也有許多人在研究不含鉬的催化劑，原因之一是因?yàn)殂f的儲(chǔ)量在地球上很低，難于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，另一個(gè)原因是氧化過(guò)程中產(chǎn)生的某些物質(zhì)如CO能夠造成鉬催化劑中毒而很快失去催化活性。為了解決鉬的中毒問(wèn)題，一些人嘗試在鉬中加入第二種金屬以增強(qiáng)活性，得到的Pt/Ru、Pt/Pd、Pt/Au、Pt/Pb等合金已經(jīng)被證明是用于DFAFCs的更有效的甲酸氧化催化劑。對(duì)于甲酸電氧化而言，鈀是比鉬更好的催化劑，并且在硫酸介質(zhì)中能有效的抵制CO中毒。然而，鈀催化劑的活性會(huì)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸降低，因此，人們嘗試在鈀中加入其它金屬來(lái)改變Pd電催化劑的催化性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種甲酸燃料電池陽(yáng)極催化材料。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種制備甲酸燃料電池陽(yáng)極催化材料的方法，其特征是，用燒杯在電子天平上稱(chēng)取8mg的活性碳，加入6.7mL蒸餾水，另外再加入0.5mL的無(wú)水乙醇以降低表面張力避免碳粉漂浮，按照鈀鉻摩爾比為7:3-9:1加入鈀鹽和鉻鹽溶液，然后超聲振蕩30分鐘以上，再加入10 μ L0.2mol/L NaOH溶液，調(diào)節(jié)其pH值為10左右，再加入約2mL的5%NaBH4溶液，然后不停的攪拌15分鐘，靜置過(guò)夜，得到碳負(fù)載的鈀鉻合金材料(Pd-Cr/C)的沉淀；過(guò)濾含Pd-Cr/C沉淀的液體，用二次蒸餾水多次洗滌Pd-Cr/C沉淀，用AgNO3檢驗(yàn)直至洗滌液中不含Cl-離子，然后把Pd-Cr/C材料轉(zhuǎn)入燒杯中，并在熱盤(pán)上加熱，待其稍干后，轉(zhuǎn)入真空干燥箱中，在130° C下真空干燥2小時(shí)，在真空中冷卻后，即得到催化劑。[0005]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明制備的碳負(fù)載Pd-Cr合金催化劑的對(duì)甲酸電化學(xué)氧化的催化催化活性和穩(wěn)定性都高于碳負(fù)載鈀催化劑，其中以鈀鉻原子數(shù)目比8:2的催化劑峰值電流為Pd/C催化劑的2.8倍左右，氧化峰電位比Pd/C催化劑負(fù)移70mV，有利于在直接甲酸氧化燃料電池陽(yáng)極催化材料方面的應(yīng)用。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1為實(shí)施例1、2、3制備的催化劑及Pd/C的XRD圖譜；
[0007]圖2為實(shí)施例2制備的催化劑的TEM圖譜；[0008]圖3為實(shí)施例2制備的催化劑的粒度直方分布圖；
[0009]圖4 為實(shí)施例 1、2、3 制備的催化劑及？511101 / I 此00騰 511101 / I ?。?804混合液中的線性伏安曲線；
[0010]圖5為實(shí)施例1、2、3制備的催化劑及9(1/(]催化劑電極在1.0^1丨11100011+0.5^01/1 ！！2804混合液中，電位恒定在0.35乂的電流-時(shí)間曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。必須指出，本發(fā)明的實(shí)施例并不僅限于此。
[0012]實(shí)施例1
[0013]用燒杯在電子天平上稱(chēng)取81118的活性碳，加入6.7此蒸餾水，另外再加入0.54的無(wú)水乙醇以降低表面張力避免碳粉漂浮，按照鈀鉻摩爾比為7:3加入鈀鹽和鉻鹽溶液，然后超聲振蕩30分鐘以上，再加入10^10.2001/1似0！1溶液，調(diào)節(jié)其邱值為10左右，再加入約2此的5%他冊(cè)4溶液，然后不停的攪拌15分鐘，靜置過(guò)夜，得到碳負(fù)載的鈀鉻合金材料$(1-0/0的沉淀。過(guò)濾含9(1-0/(:沉淀的液體，用二次蒸餾水多次洗滌9(1-0/(:沉淀，用八砂03檢驗(yàn)直至洗滌液中不含(:1-離子，然后把9(1-0/(:材料轉(zhuǎn)入燒杯中，并在熱盤(pán)上加熱，待其稍干后，轉(zhuǎn)入真空干燥箱中，在130° 下真空干燥2小時(shí)，在真空中冷卻后，即得到
,01-0.3/0合金催化劑。
[0014]實(shí)施例2
[0015]用燒杯在電子天平上稱(chēng)取81118的活性碳，加入6.7此蒸餾水，另外再加入0.54的無(wú)水乙醇以降低表面張力避免碳粉漂浮，按照鈀鉻摩爾比為8:2加入鈀鹽和鉻鹽溶液，然后超聲振蕩30分鐘以上，再加入10^10.2001/1似0！1溶液，調(diào)節(jié)其邱值為10左右，再加入約2此的5%他冊(cè)4溶液，然后不停的攪拌15分鐘，靜置過(guò)夜，得到碳負(fù)載的鈀鉻合金材料$(1-0/0的沉淀。過(guò)濾含9(1-0/(:沉淀的液體，用二次蒸餾水多次洗滌9(1-0/(:沉淀，用八砂03檢驗(yàn)直至洗滌液中不含(:1-離子，然后把9(1-0/(:材料轉(zhuǎn)入燒杯中，并在熱盤(pán)上加熱，待其稍干后，轉(zhuǎn)入真空干燥箱中，在130° 下真空干燥2小時(shí)，在真空中冷卻后，即得到
^0.2/0合金催化劑。
[0016]實(shí)施例3
[0017]用燒杯在電子天平上稱(chēng)取81118的活性碳，加入6.7此蒸餾水，另外再加入0.54的無(wú)水乙醇以降低表面張力避免碳粉漂浮，按照鈀鉻摩爾比為9:1加入鈀鹽和鉻鹽溶液，然后超聲振蕩30分鐘以上，再加入10^10.2001/1似0！1溶液，調(diào)節(jié)其邱值為10左右，再加入約2此的5%他冊(cè)4溶液，然后不停的攪拌15分鐘，靜置過(guò)夜，得到碳負(fù)載的鈀鉻合金材料$(1-0/0的沉淀。過(guò)濾含9(1-0/(:沉淀的液體，用二次蒸餾水多次洗滌9(1-0/(:沉淀，用八砂03檢驗(yàn)直至洗滌液中不含01—離子，然后把9(1-0/(:材料轉(zhuǎn)入燒杯中，并在熱盤(pán)上加熱，待其稍干后，轉(zhuǎn)入真空干燥箱中，在130° 下真空干燥2小時(shí)，在真空中冷卻后，即得到
合金催化劑。
[0018]實(shí)施例4
[0019]對(duì)實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3和9(1/(]催化劑進(jìn)行表征及電化學(xué)性能測(cè)試。
[0020]1、實(shí)驗(yàn)方法
[0021]1.1催化劑的表征[0022]X-射線衍射(XRD)采用D8advance型X-射線粉末衍射儀(德國(guó)Bruker-Axs公司)，Cu Ka為輻射源，λ =0.15406nm，操作條件電壓為40keV，電流為30mA，透射電鏡的操作電壓為 100kV。
[0023]1.2電化學(xué)性能測(cè)試
[0024]電化學(xué)實(shí)驗(yàn)用三電極體系，工作電極為Pd-Cr/C催化劑修飾的玻璃碳電極.對(duì)電極和參比電極分別為金和萊-硫酸亞萊電極，電位均相對(duì)于萊-硫酸亞萊電極(飽和硫酸鉀).循環(huán)伏安曲線的測(cè)試范圍為-0.6~0.5V vs Hg/Hg2S04，掃描速率為IOmV / s ；
[0025]工作電極的制備:用電子天平稱(chēng)取4mg的Pd-Cr/C催化劑，加入200 μ L無(wú)水乙醇和200 μ L蒸餾水，并超聲振蕩15分鐘，得到催化劑懸浮液。用微量移液器移取10 μ L懸浮液滴加至GC電極表面，干燥后再滴上5μ L Nafion溶液，用0.5mol / L HC00H+0.5mol /L H2SO4混合液為電解液，并通高純N2除氧15分鐘，工作溫度為25。C。
[0026]2、結(jié)果
[0027]2、I表征結(jié)果
[0028]催化劑的XRD譜圖如圖1所示，圖1中25°左右的衍射峰是由活性炭造成的，Pd的衍射峰在40°，47°，68°附近，分別與面心立方結(jié)構(gòu)Pd晶體的(111)，(200)，(220)晶面衍射峰對(duì)應(yīng)，表明催化劑中的Pd以面心立方結(jié)構(gòu)形式存在。圖譜中沒(méi)有了 Cr元素的特征峰，說(shuō)明鉻已經(jīng)分散到了鈀中。
[0029]根據(jù)XRD譜圖利用Scherrer公式，計(jì)算催化劑金屬粒子的平均直徑:
[0030]d=k λ / ( β COS Θ )
[0031]式中:k=0.89 ；d為粒子粒徑；λ為入射波長(zhǎng)(λ =0.15406nm)，β為XRD圖譜上衍射峰的半高峰寬；Θ為衍射角。計(jì)算的結(jié)果如表1所示。
[0032]表1催化劑的粒子平均直徑計(jì)算結(jié)果
[0033]
【權(quán)利要求】
1.鈀鉻合金作為甲酸燃料電池陽(yáng)極催化材料的應(yīng)用。
2.一種制備權(quán)利要求1所述的甲酸燃料電池陽(yáng)極催化材料的方法，其特征是，用燒杯在電子天平上稱(chēng)取81118的活性碳，加入6.71111蒸懼水，另外再加入0.5111[的無(wú)水乙醇以降低表面張力避免碳粉漂浮，按照鈀鉻摩爾比為7:3-9:1加入鈀鹽和鉻鹽溶液，然后超聲振蕩30分鐘以上，再加入10^10.211101/1似0！1溶液，調(diào)節(jié)其邱值為10左右，再加入約2此的5%版18！14溶液，然后不停的攪拌15分鐘，靜置過(guò)夜，得到碳負(fù)載的鈀鉻合金材料$(1-0/0的沉淀；過(guò)濾含9(1-0/(:沉淀的液體，用二次蒸餾水多次洗滌9(1-0/(:沉淀，用八砂03檢驗(yàn)直至洗滌液中不含01—離子，然后把9(1-0/(:材料轉(zhuǎn)入燒杯中，并在熱盤(pán)上加熱，待其稍干后，轉(zhuǎn)入真空干燥箱中，在1301下真空干燥2小時(shí)，在真空中冷卻后，即得到催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備甲酸燃料電池陽(yáng)極催化材料的方法，其特征是，按照鈀鉻摩爾比為8:2加入鈀鹽和鉻鹽溶液。
【文檔編號(hào)】H01M4/92GK103840177SQ201210491315
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月27日
【發(fā)明者】李文鵬, 溫文娟 申請(qǐng)人:李文鵬, 溫文娟