纳米线片插层结构担载型直接醇类燃料电池催化剂的制备方法技术

纳米线片插层结构担载型直接醇类燃料电池催化剂的制备方法，涉及直接醇类燃料电池催化剂的制备方法。本发明专利技术解决了现有直接醇类燃料电池催化剂性能衰降的机理中存在的纳米级催化剂Pt粒子中毒、醇类燃料传输受阻及催化剂制备成本高的问题。方法：将以氧化石墨薄片等作为载体，根据纳米线和石墨烯或改性石墨烯载体的不同性质，纳米线直接生长在载体上形成不同吸附层的纳米线片插层结构担载型催化剂。本发明专利技术方法制备催化剂有利于醇类燃料传输，而且具有成本低、产品抗毒化性强、活性高、稳定性高的优点。本发明专利技术产品主要用于甲醇燃料电池的催化剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及直接醇类燃料电池催化剂的制备方法。
技术介绍
直接醇类燃料电池(DAFC)由于其具有能量密度高、结构简单、运行温度低等优点而日益引起世界各地的科学工作者的兴趣。然而现有直接醇类燃料电池催化剂性能衰降的原因中存在纳米级活性组分Pt粒子中毒、醇类燃料传输受阻及催化剂制备成本高的问题；以甲醇燃料为例，甲醇氧化先从甲醇脱氢开始，产生CH2OH等一系列中间产物，再进一步氧化产生甲酸和吸附的COads等物种，这些毒化物种将占据Pt的活性位(使其中毒)，阻碍甲醇的吸附氧化。
技术实现思路
本专利技术的目的为了解决现有直接醇类燃料电池催化剂性能衰降的机理中存在的纳米级活性组分Pt粒子中毒、醇类燃料传输受阻及催化剂制备成本高的问题，而提供了纳米线片插层结构担载型直接醇类燃料电池催化剂的制备方法。本专利技术中纳米线片插层结构担载型直接醇类燃料电池催化剂的制备方法是按以下步骤实现：一、将石墨烯(GO)在氢氧化钠溶液中分散开，然后缓慢的加入Cu(NO3)2，得到混合液，铜盐可以为Cu(NO3)2、Cu(NO3)2·2.5H2O、Cu(NO3)2·5H2O；二、由于GO前体使Microwave(MW)能量转化为热量，所以用EDA和N2H4为介质的改性MW加热法处理上述混合物，铜纳米线(CuNWs)直接生长在GO载体上，即得到CuNWs/GO结构担载型直接醇类燃料电池催化剂载体。载体还可以是掺杂N、P、S等无定形的非金属和Fe3O4等过渡金属氧化物的石墨。方法制备催化剂载体CuNWs/GO为层状多孔结构，表面孔隙丰富、比表面积较高。它具有更好的电子输运性能，可以让电池具有更低的内阻，提供了更短的离子扩散距离，更高的电化学反应活性，对充放电过程中的体积应变有更大的承受力。另外多孔纳米线片插层结构有利于甲醇燃料的传输，进而提高催化剂的活性和稳定性。使用CuNWs/GO也较Pt便宜很多，从而大大降低了催化剂的制备成本。本专利技术中纳米线片插层结构担载型直接醇类燃料电池催化剂的制备方法还可按以下步骤实现：一、通过改进的水热浴法得到CeO2纳米线；二、通过改性的Hummer方法得到氧化石墨(GO)载体；三、将步聚一和二得到的CeO2、GO溶解在水和乙醇的混合溶液中，超声，然后将最后的混合溶液倒入内衬聚四氟乙烯的高压釜在一定温度下加热一段时间，最后经过冷却、清洗、干燥处理后，即得到CeO2/GO结构担载型直接醇类燃料电池催化剂载体。载体还可以是掺杂N、P、S等无定形的非金属和Fe3O4过渡金属氧化物的石墨。纳米线可以为二氧化钛纳米线，Fe、Co等氧化物纳米线等。该方法制备载体为层状多孔结构，表面孔隙丰富、比表面积较高。所制备的载体CeO2/GO等不仅有利于Pt的沉积和含氧中间物种的脱附，其更有利于甲酸的氧化，并且可以将甲酸经过一步直接氧化成CO2，这样可以有效越过甲酸氧化成中间物种COOH进而生成CO2这一步，因此大大提高了催化剂的抗毒化作用。另外多孔层状结构有利于甲醇燃料的传输，进而提高催化剂的活性和稳定性。使用GO等元素也较Pt便宜很多，从而大大降低了催化剂的制备成本。附图说明图1是CeO2/GO复合型催化剂的低倍率扫描电镜图具体实施方式为更好理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术做进一步地详细说明，但是本专利技术要求保护的范围并不局限于实施例所表示的范围。具体实施方式一：本实施方式中纳米线片插层结构担载型直接醇类燃料电池催化剂的制备方法是按以下步骤实现：一、将石墨烯(GO)在氢氧化钠溶液中分散开，然后缓慢的加入Cu(NO3)2，再加入EDA超声30min，最后逐滴加入35％的N2H4得到混合液，铜盐可以为Cu(NO3)2、Cu(NO3)2·2.5H2O、Cu(NO3)2·5H2O；二、将步骤一得到的混合液倒入50ml的石英皿中，MW加热80℃加热30min；三、将产品冷却至室温，用水和乙醇清洗，最后在低温下离心、干燥，即得到CuNWs/GO结构担载型直接醇类燃料电池催化剂载体。载体还可以是掺杂N、P、S等无定形的非金属和Fe3O4等过渡金属氧化物的石墨。方法制备催化剂载体CuNWs/GO为层状多孔结构，表面孔隙丰富、比表面积较高。它具有更好的电子输运性能，可以让电池具有更低的内阻，提供了更短的离子扩散距离，更高的电化学反应活性，对充放电过程中的体积应变有更大的承受力。另外多孔纳米线片插层结构有利于甲醇燃料的传输，进而提高催化剂的活性和稳定性。使用CuNWs/GO也较Pt便宜很多，从而大大降低了催化剂的制备成本。该方法制备催化剂载体CuNWs/GO为层状多孔结构，表面孔隙丰富、比表面积较高。它具有更好的电子输运性能，可以让电池具有更低的内阻，提供了更短的离子扩散距离，更高的电化学反应活性，对充放电过程中的体积应变有更大的承受力。另外多孔纳米线片插层结构有利于甲醇燃料的传输，进而提高催化剂的活性和稳定性。使用CuNWs/GO也较Pt便宜很多，从而大大降低了催化剂的制备成本。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述Cu(NO3)2为Cu(NO3)2·2.5H2O、Cu(NO3)2·5H2O。它步骤和参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一所述Cu(NO3)2为CuCl2。其它步骤和参数与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中加微波热方式为直接加热；直接加热所需时间为30～40min；其它步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三离心分离速度为10000～12000转/分钟。其它步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六：本实施方式中纳米线片插层结构担载型直接醇类燃料电池催化剂的制备方法还可按以下步骤实现：一、通过改进的水浴法得到CeO2纳米线，纳米线可以为二氧化钛纳米线，Fe、Co纳米线等；二、通过改性的Hummer方法得到氧化石墨(GO)载体，载体还可以是掺杂N、P、S等无定形的非金属和Fe等过渡金属的石墨；三、将步聚一和二得到的CeO2、GO溶解在水和乙醇的混合溶液中，超声，然后将最后的混合溶液倒入内衬聚四氟乙烯的高压釜在一定温度下，最后经过冷却、清洗、干燥处理后，即得到CeO2/GO结构担载型直接醇类燃料电池催化剂载体。该方法制备催化剂为层状多孔结构，表面孔隙丰富、比表面积较高。所制备的催化剂CeO2/GO等不仅有利于Pt的沉积和含氧中间物种的产生，其更有利于甲酸的氧化，并且可以将甲酸经过一步直接氧化成CO2，这样可以有效越过甲酸经过氧化成中间物种COOH进而生成CO2这一步，因此大大提高了催化剂的抗毒化作用。另外多孔层状结构有利于甲醇燃料的传输，进而提高催化剂的活性和稳定性。使用GO等元素也较Pt便宜很多，从而大大降低了催化剂的制备成本。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：步骤一中水热法为热方式为：采用Telfon水热釜在200℃烘箱中30h。其它步骤和参数与具体实施方式六相同。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六至七不同的是：步骤三中超声处理的工作频率为53kHz，超声处理时间为30本文档来自技高网...

【技术保护点】
根据权利要求1所述的纳米线片插层结构担载型直接醇类燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于纳米线片插层结构担载型直接醇类燃料电池催化剂的制备方法是按以下步骤实现：一、将石墨烯(GO)在氢氧化钠溶液中分散开，然后缓慢的加入Cu(NO3)2，得到混合液，铜盐可以为Cu(NO3)2、Cu(NO3)2·2.5H2O、Cu(NO3)2·5H2O；二、由于GO前体使Microwave(MW)能量转化为热量，所以用EDA和N2H4为介质的改性MW加热法处理上述混合物，铜纳米线(CuNWs)直接生长在GO载体上，即得到CuNWs/GO结构担载型直接醇类燃料电池催化剂载体。载体还可以是掺杂N、P、S等无定形的非金属和Fe3O4等过渡金属氧化物的石墨。

【技术特征摘要】
1.根据权利要求1所述的纳米线片插层结构担载型直接醇类燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于纳米线片插层结构担载型直接醇类燃料电池催化剂的制备方法是按以下步骤实现：一、将石墨烯(GO)在氢氧化钠溶液中分散开，然后缓慢的加入Cu(NO3)2，得到混合液，铜盐可以为Cu(NO3)2、Cu(NO3)2·2.5H2O、Cu(NO3)2·5H2O；二、由于GO前体使Microwave(MW)能量转化为热量，所以用EDA和N2H4为介质的改性MW加热法处理上述混合物，铜纳米线(CuNWs)直接生长在GO载体上，即得到CuNWs/GO结构担载型直接醇类燃料电池催化剂载体。载体还可以是掺杂N、P、S等无定形的非金属和Fe3O4等过渡金属氧化物的石墨。2.根据权利要求1所述的纳米线片插层结构担...

【专利技术属性】
技术研发人员：初园园，夏晓明，司源，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12