一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体及其制备方法技术

技术编号:19125027 阅读:20 留言:0更新日期:2018-10-10 06:40
一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体及其制备方法,本发明专利技术涉及催化剂载体及其制备方法。本发明专利技术要解决现有直接甲酸燃料电池的Pd催化剂稳定性不够好,长期运行后性能显著下降,而现有C载体应用于Pd催化剂在燃料电池工作环境下容易被腐蚀,载体和活性金属粒子之间相互作用差,载体材料的稳定性差导致催化剂活性低的问题。本发明专利技术一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体是将钨的前驱体、铈的中间体及碳材料加入到溶剂中,然后经过超声分散、干燥、煅烧及研磨。制备方法:将钨的前驱体、铈的中间体及碳材料加入到溶剂中,然后经过超声分散、干燥、煅烧及研磨。

【技术实现步骤摘要】
一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体及其制备方法
本专利技术涉及催化剂载体及其制备方法。
技术介绍
直接甲酸燃料电池(DFAFC)由于具有高功率密度和较低的工作温度而被认为是汽车和便携式电子设备理想电源,具有广阔的应用前景,目前DFAFC的性能和成本仍不能满足商业化的要求,抑制其发展,其中主要因素就是催化剂成本高、催化活性及稳定性差。在DFAFC中,金属Pd对甲酸电氧化的催化活性远好于金属Pt,因为甲酸在金属Pd上主要是通过直接途径被氧化,而在金属Pt上,主要通过CO途径氧化。但是Pd催化剂存在稳定性不够好的问题,长期运行后性能显著下降,其中载体材料是催化剂中至关重要的组成部分,载体的性能直接影响到催化剂乃至整个电池的性能、寿命以及有效性。因此,对于新型载体材料的研究对催化剂的稳定性和活性有着非常重要的作用。目前典型的应用最广泛的燃料电池催化剂载体为VulcanXC-72,但是该碳材料在燃料电池工作环境下容易被腐蚀。因此,增强碳载体的抗腐蚀能力,提高载体和活性金属粒子之间相互作用及提高载体材料的稳定性成为提高催化剂稳定性的重要途径之一。综上所述,直接甲酸燃料电池的Pd催化剂稳定性不够好,长期运行后性能显著下降,而现有C载体应用于Pd催化剂在燃料电池工作环境下容易被腐蚀,载体和活性金属粒子之间相互作用差,载体材料的稳定性差导致催化剂活性低,老化800循环后,Pd/C上甲酸氧化的电流密度衰减程度较大,约衰减62%以上。
技术实现思路
本专利技术要解决现有直接甲酸燃料电池的Pd催化剂稳定性不够好,长期运行后性能显著下降,而现有C载体应用于Pd催化剂在燃料电池工作环境下容易被腐蚀,载体和活性金属粒子之间相互作用差,载体材料的稳定性差导致催化剂活性低的问题,而提供一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体及其制备方法。本专利技术一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体是将钨的前驱体、铈的中间体及碳材料加入到溶剂中,然后经过超声分散、干燥、煅烧及研磨,得到载体WO3-CeO2@C;所述的钨的前驱体为钨酸铵、仲钨酸铵或偏钨酸铵;所述的铈的中间体具体是按以下步骤制备的:将铈的前驱体加入到水中,得到铈的前驱体饱和溶液,利用质量百分数为9%~11%的氨水调节铈的前驱体饱和溶液的pH值为8~12,然后在搅拌条件下,加热pH值为8~12的铈的前驱体饱和溶液温度至50℃~90℃,并在温度为50℃~90℃的条件下反应1h~5h,经过陈化、过滤、洗涤和干燥,得到铈的中间体;所述的铈的前驱体为铈盐;所述的载体WO3-CeO2@C中C占载体WO3-CeO2@C的质量分数为50%~99%;所述的载体WO3-CeO2@C中WO3与CeO2的质量比为(0.25~4):1。本专利技术一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体的制备方法是按以下步骤进行:一、将铈的前驱体加入到水中,得到铈的前驱体饱和溶液,利用质量百分数为9%~11%的氨水调节铈的前驱体饱和溶液的pH值为8~12,然后在搅拌条件下,加热pH值为8~12的铈的前驱体饱和溶液温度至50℃~90℃,并在温度为50℃~90℃的条件下反应1h~5h,经过陈化、过滤、洗涤和干燥,得到铈的中间体;所述的铈的前驱体为铈盐;二、将钨的前驱体、步骤一得到的铈的中间体及碳材料加入到溶剂中,超声分散1h~3h,得到超声溶液;所述的钨的前驱体为钨酸铵、偏钨酸铵或仲钨酸铵;三、将超声溶液在温度为50℃~90℃的条件下干燥,得到固体粉末;四、将步骤三得到的固体粉末置于管式炉中,在氮气保护及温度为500℃~800℃的条件下,煅烧0.5h~3h,得到煅烧后的固体;五、将煅烧后的固体研磨成粉末,得到载体WO3-CeO2@C,即完成一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体的制备方法;所述的载体WO3-CeO2@C中C占载体WO3-CeO2@C的质量分数为50%~99%;所述的载体WO3-CeO2@C中WO3与CeO2的质量比为(0.25~4):1。本专利技术的有益效果是:本专利技术采用在碳材料表面修饰WO3-CeO2的方法,合成了一种新型的催化剂载体,由于两种金属氧化物的添加,不仅提高催化剂载体的抗腐蚀能力,还增强了载体与金属Pd纳米粒子之间的相互作用,阻止了金属纳米粒子间的团聚,通过调控金属氧化物在载体中的比例,能够保持载体良好的导电性能,由于WO3、CeO2和C在共生长过程中产生协同作用,同时WO3-CeO2对贵金属Pd的助催化作用,修饰了Pd金属的电子结构,改变HCOOH分子在催化金属表面的吸附特性,从而提高了催化剂的活性(100%~150%)和稳定性(50%~80%)。此载体载钯催化剂对甲酸电氧化的催化性能相对于碳载钯催化剂有着显著提高,稳定性提高到1.8倍,活性提高到2.5倍。本专利技术制备方法简单可行,制得的催化剂有更高的活性,有望降低催化剂贵金属载量,从而降低燃料电池生产成本。本专利技术用于一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体及其制备方法。附图说明图1为催化剂在HCOOH和H2SO4的混合溶液中的循环伏安曲线,1为实施例一制备的Pd/WO3-CeO2@C催化剂,2为对比实验一制备的Pd/C催化剂,3为对比试验二制备的Pd/WO3-C催化剂,4为对比实验三制备的Pd/CeO2-C催化剂;图2为实施例一制备的Pd/WO3-CeO2@C催化剂在HCOOH和H2SO4的混合溶液中的老化测试曲线,1为循环0圈,2为循环800圈;图3为对比实验一制备的Pd/C催化剂在HCOOH和H2SO4的混合溶液中的老化测试曲线,1为循环0圈,2为循环800圈;图4为催化剂在HCOOH和H2SO4的混合溶液中的稳定性归一化曲线,1为对比实验一制备的Pd/C催化剂,2为实施例一制备的Pd/WO3-CeO2@C催化剂。具体实施方式具体实施方式一:本实施方式的一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体是将钨的前驱体、铈的中间体及碳材料加入到溶剂中,然后经过超声分散、干燥、煅烧及研磨,得到载体WO3-CeO2@C;所述的钨的前驱体为钨酸铵、仲钨酸铵或偏钨酸铵;所述的铈的中间体具体是按以下步骤制备的:将铈的前驱体加入到水中,得到铈的前驱体饱和溶液,利用质量百分数为9%~11%的氨水调节铈的前驱体饱和溶液的pH值为8~12,然后在搅拌条件下,加热pH值为8~12的铈的前驱体饱和溶液温度至50℃~90℃,并在温度为50℃~90℃的条件下反应1h~5h,经过陈化、过滤、洗涤和干燥,得到铈的中间体;所述的铈的前驱体为铈盐;所述的载体WO3-CeO2@C中C占载体WO3-CeO2@C的质量分数为50%~99%;所述的载体WO3-CeO2@C中WO3与CeO2的质量比为(0.25~4):1。本具体实施方式WO3-CeO2的助催化作用以及与金属粒子之间的金属载体相互作用明显提高,从而提高了对甲酸氧化的电催化活性,增加了抗甲酸氧化中间体,如CO等物质的中毒能力,提高了催化剂的稳定性、耐久性。本具体实施方式首次提出利用金属氧化物WO3-CeO2修饰碳复合材料作为载体制备直接甲酸燃料电池阳极催化剂,相当于在碳材料上包覆金属氧化物,提高了载体的抗腐蚀和抗氧化能力,同时保持良好的导电性能,并且金属和载体的相互作用得到增强。本具体实施方式的有益效果是:本具体实施方式采用在碳材料表面修饰WO3-CeO2的方法,合成了一种新型的本文档来自技高网...
一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体及其制备方法

【技术保护点】
1.一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体,其特征在于一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体是将钨的前驱体、铈的中间体及碳材料加入到溶剂中,然后经过超声分散、干燥、煅烧及研磨,得到载体WO3‑CeO2@C;所述的钨的前驱体为钨酸铵、仲钨酸铵或偏钨酸铵;所述的铈的中间体具体是按以下步骤制备的:将铈的前驱体加入到水中,得到铈的前驱体饱和溶液,利用质量百分数为9%~11%的氨水调节铈的前驱体饱和溶液的pH值为8~12,然后在搅拌条件下,加热pH值为8~12的铈的前驱体饱和溶液温度至50℃~90℃,并在温度为50℃~90℃的条件下反应1h~5h,经过陈化、过滤、洗涤和干燥,得到铈的中间体;所述的铈的前驱体为铈盐;所述的载体WO3‑CeO2@C中C占载体WO3‑CeO2@C的质量分数为50%~99%;所述的载体WO3‑CeO2@C中WO3与CeO2的质量比为(0.25~4):1。

【技术特征摘要】
1.一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体,其特征在于一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体是将钨的前驱体、铈的中间体及碳材料加入到溶剂中,然后经过超声分散、干燥、煅烧及研磨,得到载体WO3-CeO2@C;所述的钨的前驱体为钨酸铵、仲钨酸铵或偏钨酸铵;所述的铈的中间体具体是按以下步骤制备的:将铈的前驱体加入到水中,得到铈的前驱体饱和溶液,利用质量百分数为9%~11%的氨水调节铈的前驱体饱和溶液的pH值为8~12,然后在搅拌条件下,加热pH值为8~12的铈的前驱体饱和溶液温度至50℃~90℃,并在温度为50℃~90℃的条件下反应1h~5h,经过陈化、过滤、洗涤和干燥,得到铈的中间体;所述的铈的前驱体为铈盐;所述的载体WO3-CeO2@C中C占载体WO3-CeO2@C的质量分数为50%~99%;所述的载体WO3-CeO2@C中WO3与CeO2的质量比为(0.25~4):1。2.根据权利要求1所述的一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体,其特征在于所述的铈盐为硝酸铈或硫酸铈。3.根据权利要求1所述的一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体,其特征在于将铈的前驱体加入到水中,得到铈的前驱体饱和溶液,利用质量百分数为10%的氨水调节铈的前驱体饱和溶液的pH值为10,然后在搅拌条件下,加热pH值为10的铈的前驱体饱和溶液温度至80℃,并在温度为80℃的条件下反应3h,经过陈化、过滤、洗涤和干燥,得到铈的中间体。4.根据权利要求1所述的一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体,其特征在于所述的碳材料为碳黑XC-72、介孔碳、碳纳米管和石墨烯中的一种或其中几种的混合物。5.根据权利要求1所述的一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体,其特征在于所述的溶剂为有机溶剂和水的混合溶液;所述的有机溶剂与水的体积比为1:(1~20);所述的有机溶剂为乙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇和丁二醇中的一种或其中几种的混合物。6.如权利要求1所述的一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体的制备方法,其特征在于一种直接甲酸燃料电池钯基催化剂载体的制备方法是按以下步骤进行:一、将铈的前驱体加入到水中,得到铈的前驱体饱和溶...

【专利技术属性】
技术研发人员:曲微丽邓超高颖张靖佳
申请(专利权)人:哈尔滨师范大学
类型:发明
国别省市:黑龙江,23

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