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一种燃料电池用PtPd电催化剂及其制备方法技术

技术编号:14165208 阅读:512 留言:0更新日期:2016-12-12 12:38
本发明专利技术涉及了一种燃料电池用PtPd电催化剂及其制备方法。该方法包括如下步骤:取三嵌段共聚物P123溶解在二次蒸馏水中,搅拌,控制温度在30‑120℃,向P123溶液中逐滴加入K2PdCl4溶液,滴加完成后,滴加K2PtCl6溶液,搅拌反应2‑6 h,将反应后的黑色悬浮液离心、洗涤三到五次后即得到燃料电池用PtPd电催化剂。三嵌段共聚物P123充当保护剂,同时利用它能有效还原K2PdCl4但不能还原K2PtCl6的反应选择性,还原得到的Pd与K2PtCl6能发生电位置换反应,所得到的PtPd电催化剂具备新异的空心网状结构,且拥有优异的电催化氧化甲醇性能,是一种极具发展前景的燃料电池催化剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于燃料电池
,涉及催化剂的制备方法,尤其是涉及了一种燃料电池用PtPd电催化剂的制备方法。
技术介绍
能源和环境是目前世界范围内研究和发展的热点。燃料电池能直接将燃料的化学能转化为电能,不受卡诺循环限制,高效无污染,是当今可替代能源重点发展的方向之一。直接醇类燃料电池拥有 (DAFC)原料成本低廉、来源广泛,低温性能良好、能量密度高等优点,是目前最有可能应用于电动车辆的动力源、分布式电站以及便携式可移动电源。在燃料电池研究和发展过程中,催化剂是其最为关键和等待突破的瓶颈之一,在直接醇类燃料电池中,Pt基纳米材料是质子交换膜燃料电池难以替代的催化剂,但由于Pt属于贵金属,储量低、成本高,严重制约了燃料电池的商业化进程。如何在减少贵金属Pt用量的同时有效提高催化剂的电催化活性和增强其抗中毒能力已成为当前研究的热点。由于电子效应和双功能机理,引入非Pt金属与Pt形成金属间化合物或者合金能极大地促进催化性能。制备均一、规整且有特殊形貌的催化剂也是提升催化剂催化效率的重要方法。一些特殊的结构(核壳结构、空心结构、网状多孔结构等)能极大的增大催化剂的比表面积,从而提高催化活性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于降低催化剂贵金属用量的同时,通过控制合成网状空心结构,提供一种有较高催化活性的燃料电池用PtPd电催化剂。本专利技术实现上述目的所采用的技术方案如下:一种燃料电池用PtPd电催化剂的制备采用电位置换反应合成技术,通过引入自身催化活性优异且价格仅为Pt三分之一的金属Pd,利用三嵌段共聚物P123的保护性和较好的反应选择性,控制合成得到具备新异的空心网状结构且具备优异的电催化氧化甲醇性能的PtPd催化剂。该方法包括以下步骤:(1) 取三嵌段共聚物P123超声溶解在二次蒸馏水中,将其转移至三颈瓶并置于带有温度控制器的磁力搅拌器上搅拌,控制温度在30℃。(2) 向P123溶液中逐滴缓慢加入K2PdCl4溶液,滴加完成后,立即继续滴加K2PtCl6溶液,磁力搅拌反应2h。(3) 将反应后的黑色悬浮液在5000 r/min~11000 r/min下离心分离,用水和无水乙醇洗涤三到五次,即可得到燃料电池用PtPd电催化剂。步骤(1)中,三嵌段共聚物P123同时作为保护剂和还原剂,本专利技术发现同类三嵌段共聚物F127, P103和F108同样具备上述作用。步骤(2)中,金属前驱体溶液用恒压漏斗逐滴缓慢加入,滴速控制在5-10 s/滴。步骤(3)中,离心分离过程中,先用二次蒸馏水洗涤1-2次,然后用无水乙醇洗涤3-4次,保证未反应完的三嵌段共聚物P123从催化剂表面除去。所述燃料电池用PtPd电催化剂分散性较好,平均粒径在2 nm-10 nm。所述燃料电池用PtPd电催化剂电化学活性面积为2-30 cm2。所述燃料电池用PtPd电催化剂中Pt、Pd的原子比为1:1。所述燃料电池用PtPd电催化剂在三嵌段共聚物P123的保护性和较好反应选择性的作用下,通过电位置换反应,会形成网状的空心结构。本专利技术所涉及的一种燃料电池用PtPd电催化剂及其制备方法有以下显著的特点:(1) 制备方法为普通水相反应,合成时间短,简便、高效、快捷。(2) 三嵌段共聚物P123同时作为保护剂和具备高反应选择性的还原剂,绿色无毒无污染。(3) 充分利用电位置换反应在金属纳米材料制备中的特点和优势,制备出的PtPd催化剂为网状的空心结构金属间化合物。(4) 所制备的催化剂具备优异的电催化氧化甲醇性能,在直接醇类燃料电池中有较大的应用和发展前景。附图说明图1:为实施例1所制备的燃料电池用PtPd-1电催化剂的透射电镜图。图2:为实施例2所制备的燃料电池用PtPd-2电催化剂的透射电镜图。图3:为实施例3所制备的燃料电池用PtPd-100电催化剂的透射电镜图。图4:为实施例1、2、3制备的燃料电池用PtPd电催化剂及商业化Pt/C (JM)催化剂催化氧化甲醇的循环伏安对比图。图5:为实施例1、2、3制备的燃料电池用PtPd电催化剂及Pt、Pd标准卡片 (JCPDS)的X射线衍射 (XRD)图。具体实施方式下面结合附图和具体实施案例,进一步阐述本专利技术,应理解这些实施例仅用于说明本专利技术 而不用于限制本专利技术的范围,在阅读了本专利技术之后,本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。实施例1(1) 取1.0 g三嵌段共聚物P123搅拌超声溶解在30 mL二次蒸馏水中,将其转移至三颈瓶中并置于带有温度控制器的磁力搅拌器上搅拌,控制温度在30℃。(2) 向P123溶液中逐滴缓慢加入10 mL K2PdCl4溶液 (0.02mmol/ L),滴加完成后,立即继续滴加10 mL K2PtCl6溶液 (0.02mmol/ L),磁力搅拌反应2h。(3) 自然冷却至室温,将反应后得到的黑色悬浊液在10000 r/min下离心分离,先用二次蒸馏水洗涤2次,再用无水乙醇洗涤3次,最后将洗涤干净后的产物加入无水乙醇分散保护即得到燃料电池用PtPd-1电催化剂。图1 所示为本实施例制备所得燃料电池用PtPd-1电催化剂的透射电镜 (TEM)图,由图1a, b 可以看出,制备所得的电催化剂分散良好,为网状结构其平均粒径为4.8 nm,由图1c中方形选区放大图可知所得PtPd-1电催化剂为空心结构,图1d为高分辨电镜图,测量其晶格间距得d=0.23 nm,对应PtPd-1的 (111)晶面。将本实施例制备所得的PtPd-1电催化剂在玻碳电极上修饰制得工作电极,其电化学活性面积测得为19.7cm-2,对其在氮气饱和的0.1 mol/L H2SO4+0.1 mol/LCH3OH溶液进行循环伏安测试,测试条件:扫描范围为-0.2-1.0 V (vs SCE),扫描速度为50 mV/s,测试结果如图4 所示。由图4可以看出,所制备得到的PtPd-1电催化剂在0.58 V的电位下出现最大甲醇氧化峰电流密度,约为347 mA/mgPt,表现出较高的电催化氧化甲醇活性。实施例2(1) 取1.0 g三嵌段共聚物P123搅拌超声溶解在30 mL二次蒸馏水中,将其转移至三颈瓶中并置于带有温度控制器的磁力搅拌器上搅拌,控制温度在30℃。(2) 向P123溶液中逐滴缓慢加入10 mL K2PdCl4 (0.02mmol/ L)和10 mL K2PtCl6溶液 (0.02mmol/ L)的混合溶液,磁力搅拌反应2h。(3) 自然冷却至室温,将反应后得到的黑色悬浊液在10000 r/min下离心分离,先用二次蒸馏水洗涤2次,再用无水乙醇洗涤3次,最后将洗涤干净后的产物加入无水乙醇分散保护即得到燃料电池用PtPd-2电催化剂。图2 所示为本实施例制备所得燃料电池用PtPd-2电催化剂的透射电镜 (TEM)图,由图2a 可以看出,制备所得的电催化剂有轻微团聚,其平均粒径为7.8 nm,由颗粒放大图可知所得PtPd电催化剂为空心结构,图2b为高分辨电镜图,测量其晶格间距得d=0.23 nm,对应PtPd-2的 (111)晶面。将本实施例制备所得的PtPd-2电催化剂在玻碳电极上修饰制得工作电极,其电化学活性面积测得为21.1 cm-2,对其在氮气饱本文档来自技高网...
一种燃料电池用PtPd电催化剂及其制备方法

【技术保护点】
一种燃料电池用PtPd电催化剂,其特征在于,所述燃料电池用PtPd电催化剂属于网状空心结构,平均粒径在2 nm‑10 nm,电化学活性面积为2‑30 cm2,Pt、Pd的原子比为1/3‑3:1。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用PtPd电催化剂,其特征在于,所述燃料电池用PtPd电催化剂属于网状空心结构,平均粒径在2 nm-10 nm,电化学活性面积为2-30 cm2,Pt、Pd的原子比为1/3-3:1。2.权利要求1所述的燃料电池用PtPd电催化剂的制备方法,其特征在于,其制备方法为电位置换反应合成方法,具体方法步骤如下:(1) 取三嵌段共聚物P123超声溶解在二次蒸馏水中,将其转移至容器中并置于带有温度控制器的搅拌器上搅拌,控制温度在30-120℃,得到P123溶液;(2) 向P123溶液中逐滴加入K2PdCl4溶液,滴加完成后,立即继续滴加K2PtCl6溶液,磁力搅拌反应2-4 h,得到黑色悬浮液;(3) 将反应后的黑色悬浮液在5000 r/min~11000 r/min下离心分离,用水和无水乙醇洗涤三到五次,即可得到燃料电池用PtPd电催化剂。3.根据权利要求1所述燃料电池用PtPd电催化剂的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员:周新文杜娟娟张荣华杨翼罗来明代忠旭
申请(专利权)人:三峡大学
类型:发明
国别省市:湖北;42

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