一种直接乙醇燃料电池阳极催化剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种直接乙醇燃料电池阳极催化剂的制备方法，属于燃料电池技术领域。本发明专利技术利用葡萄糖为原料制成碳球作为载体，并负载二氧化锰，取代部分铂，制成高效低成本催化剂，同时通过掺杂稀土元素，促使电子更容易从导带被激发迁移，促进氧空位的生成，大幅提高催化剂氧空位浓度，从而提高其离子导电性，且较低的合成温度减小了材料的晶体尺寸，改善低温条件下C‑C断裂效率；本发明专利技术通过TiO2协同Pt，提高催化剂的催化性能，同时乙醇氧化产生的CO类中间产物易被转移到TiO2纳米颗粒表面被氧化，在降低Pt含量的同时，也能提高催化剂的催化活性、稳定性，并降低乙醇开始氧化的起始电位，获得更高的电流密度，提高燃料电池性能。

【技术实现步骤摘要】
一种直接乙醇燃料电池阳极催化剂的制备方法
本专利技术涉及一种直接乙醇燃料电池阳极催化剂的制备方法，属于燃料电池

技术介绍
在直接乙醇燃料电池中，阳极极化过电位过高仍是影响电池性能的关键因素之一。乙醇具有较高的理论能量密度和输出电压，但由于乙醇的氧化过程复杂，中间产物多，其实际工作电压和能量密度比理论值低得多。解决这一问题的关键在于开发高效的电催化剂。由于目前大部分的直接乙醇燃料电池所采用的膜为Nafion膜（一种商业化的全氟磺酸膜），电池内部为强酸性环境，这就要求直接乙醇燃料电池阳极侧电催化剂必须满足下述要求：（1）是电的良导体，若电催化剂本身的导电性欠佳，则必须担载在电的良导体上，如活性炭或碳化钨上。（2）在电极的工作电极电位范围内，并且有燃料乙醇存在下，耐受电解质的腐蚀。（3）电催化剂与电解质隔膜材料在电池工作条件下不发生任何化学反应，即要具有化学相容性。（4）电催化剂对乙醇电催化氧化过程具有高的活性。为此，应首先考虑乙醇在催化剂上形成的吸附键的强度要适度。吸附键强度太弱，催化剂吸附乙醇太少，而且也难以活化乙醇分子；反之，若吸附键强度太强，则其转化的中间物或产物难以脱附，会阻滞反应的进一步进行。电催化剂不仅要像多相催化剂那样，对特定的电化学反应有良好的催化性、高选择性，而且能在一定的电位范围内耐受电解质的腐蚀，同时具有良好的电子导电性。对燃料电池，电催化剂具有加速电化学电极反应和抑制副反应的作用，性能良好的催化剂尤为重要，它决定着大电流密度放电时的电池特性，运行寿命和成本。目前研究的电催化剂多以Pt为基础的二元或多元催化剂，一些催化剂的研制近年来已经取得了一定的进展，此外还尝试了其它各种非贵金属催化剂。电催化剂的活性得到了一定的提高，降低了催化剂的成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对Pt催化剂用量大、易中毒及低温条件下使C-C断裂效率较低的问题，提供了一种直接乙醇燃料电池阳极催化剂的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种直接乙醇燃料电池阳极催化剂的制备方法，具体制备步骤为：（1）取葡萄糖加入去离子水中搅拌，再在90～100℃下滴加质量分数为8%高锰酸钾溶液保温搅拌，冷却后过滤取滤渣，将滤渣水洗干燥，得载体碳球；（2）取氧化钆、氧化钐加入质量分数为20%硝酸溶液中搅拌，再加入硝酸铈、硝酸镨、柠檬酸，继续搅拌20～30min，得活化液；（3）取无水乙醇、乙腈加入烧瓶中混合均匀，并加入载体碳球超声分散，再加入钛酸四丁酯，搅拌2～3h后加入活化液、质量分数为1%氯铂酸溶液，混合均匀并用质量分数为5%氢氧化钠溶液调节pH为8～9，静置15～20h得反应液；（4）将反应液置于水热反应釜中水热反应，冷却后过滤得滤饼，将滤饼醇洗水洗后干燥，得前驱体；（5）将前驱体置于马弗炉中焙烧2～3h，得直接乙醇燃料电池阳极催化剂。步骤（1）所述高锰酸钾溶液的用量为葡萄糖质量的1.6～2.5倍。步骤（2）所述活化液中各物料的重量份为0.18～0.27份氧化钆，0.17～0.26份氧化钐，10～15份质量分数为20%硝酸溶液，2.0～2.4份硝酸铈，0.5～1.0份硝酸镨，0.8～1.2份柠檬酸。步骤（3）所述反应液中各原料的重量份为500～600份无水乙醇，200～250份乙腈，2～3份载体碳球，8～10份钛酸四丁酯，4～5份活化液，5～8份质量分数为1%氯铂酸溶液。步骤（4）所述水热反应过程为在120～180℃下进行水热反应，水热反应时间为10～12h。步骤（5）所述焙烧过程为在氮气氛围下，在350～450℃下焙烧2～3h。本专利技术与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本专利技术利用葡萄糖为原料制成碳球作为载体，并负载二氧化锰，取代部分铂，制成高效低成本催化剂，同时通过掺杂稀土元素，制备出高分散度、高活性的催化剂，促使电子更容易从导带被激发迁移，促进氧空位的生成，大幅提高催化剂氧空位浓度，从而提高其离子导电性，且较低的合成温度减小了材料的晶体尺寸，改善低温条件下C-C断裂效率；（2）本专利技术通过TiO2协同Pt，提高催化剂的催化性能，同时乙醇氧化产生的CO类中间产物易被转移到TiO2纳米颗粒表面被氧化，提高催化剂的抗毒性，并通过掺杂的二氧化锰加速毒性中间产物CO的氧化，在降低Pt含量的同时，也能提高催化剂的催化活性、稳定性和抗中毒性，并降低乙醇开始氧化的起始电位，获得更高的电流密度，提高燃料电池性能。具体实施方式取40～50g葡萄糖加入2～3L去离子水中，以300～400r/min搅拌20～30min，再在90～100℃恒温水浴下，以1～2mL/min滴加80～100g质量分数为8%高锰酸钾溶液，滴加完毕后继续保温搅拌4～6h，冷却至室温后过滤取滤渣，用去离子水洗涤滤渣3～5次，将滤渣置于干燥箱中，在120～130℃下干燥至恒重，得载体碳球，取0.18～0.27g氧化钆，0.17～0.26g氧化钐，加入10～15g质量分数为20%硝酸溶液中以300～400r/min搅拌15～20min，再加入2.0～2.4g硝酸铈，0.5～1.0g硝酸镨，0.8～1.2g柠檬酸，继续搅拌20～30min，得活化液，取500～600g无水乙醇，200～250g乙腈加入烧瓶中混合均匀，并加入2～3g载体碳球，以300W超声分散20～30min，再在150～180r/min搅拌条件下，加入8～10g钛酸四丁酯，继续搅拌2～3h后加入4～5g活化液，5～8g质量分数为1%氯铂酸溶液，搅拌混合均匀并用质量分数为5%氢氧化钠溶液调节pH为8～9，静置15～20h，得反应液，将反应液置于水热反应釜中，在120～180℃下进行水热反应，水热反应时间为10～12h，冷却至室温后过滤得滤饼，用无水乙醇洗涤滤饼2～3次后用去离子水洗涤2～3次，再转入干燥箱中，在120～150℃下干燥至恒重，得前驱体，将前驱体置于马弗炉中，在氮气氛围下，在350～450℃下焙烧2～3h，得直接乙醇燃料电池阳极催化剂。实例1取40g葡萄糖加入2L去离子水中，以300r/min搅拌20min，再在90℃恒温水浴下，以1mL/min滴加80g质量分数为8%高锰酸钾溶液，滴加完毕后继续保温搅拌4h，冷却至室温后过滤取滤渣，用去离子水洗涤滤渣3次，将滤渣置于干燥箱中，在120℃下干燥至恒重，得载体碳球，取0.18g氧化钆，0.17g氧化钐，加入10g质量分数为20%硝酸溶液中以300r/min搅拌15min，再加入2.0g硝酸铈，0.5g硝酸镨，0.8g柠檬酸，继续搅拌20min，得活化液，取500g无水乙醇，200g乙腈加入烧瓶中混合均匀，并加入2g载体碳球，以300W超声分散20min，再在150r/min搅拌条件下，加入8g钛酸四丁酯，继续搅拌2h后加入4g活化液，5g质量分数为1%氯铂酸溶液，搅拌混合均匀并用质量分数为5%氢氧化钠溶液调节pH为8，静置15h，得反应液，将反应液置于水热反应釜中，在120℃下进行水热反应，水热反应时间为10h，冷却至室温后过滤得滤饼，用无水乙醇洗涤滤饼2次后用去离子水洗涤2次，再转入干燥箱中，在120℃下干燥至恒重，得前驱体，将前驱体置于马弗炉中，在氮气氛围下，在350℃下焙烧2h，得直接乙醇燃料电池阳极催本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直接乙醇燃料电池阳极催化剂的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：（1）取葡萄糖加入去离子水中搅拌，再在90～100℃下滴加质量分数为8%高锰酸钾溶液保温搅拌，冷却后过滤取滤渣，将滤渣水洗干燥，得载体碳球；（2）取氧化钆、氧化钐加入质量分数为20%硝酸溶液中搅拌，再加入硝酸铈、硝酸镨、柠檬酸，继续搅拌20～30min，得活化液；（3）取无水乙醇、乙腈加入烧瓶中混合均匀，并加入载体碳球超声分散，再加入钛酸四丁酯，搅拌2～3h后加入活化液、质量分数为1%氯铂酸溶液，混合均匀并用质量分数为5%氢氧化钠溶液调节pH为8～9，静置15～20h得反应液；（4）将反应液置于水热反应釜中水热反应，冷却后过滤得滤饼，将滤饼醇洗水洗后干燥，得前驱体；（5）将前驱体置于马弗炉中焙烧2～3h，得直接乙醇燃料电池阳极催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种直接乙醇燃料电池阳极催化剂的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：（1）取葡萄糖加入去离子水中搅拌，再在90～100℃下滴加质量分数为8%高锰酸钾溶液保温搅拌，冷却后过滤取滤渣，将滤渣水洗干燥，得载体碳球；（2）取氧化钆、氧化钐加入质量分数为20%硝酸溶液中搅拌，再加入硝酸铈、硝酸镨、柠檬酸，继续搅拌20～30min，得活化液；（3）取无水乙醇、乙腈加入烧瓶中混合均匀，并加入载体碳球超声分散，再加入钛酸四丁酯，搅拌2～3h后加入活化液、质量分数为1%氯铂酸溶液，混合均匀并用质量分数为5%氢氧化钠溶液调节pH为8～9，静置15～20h得反应液；（4）将反应液置于水热反应釜中水热反应，冷却后过滤得滤饼，将滤饼醇洗水洗后干燥，得前驱体；（5）将前驱体置于马弗炉中焙烧2～3h，得直接乙醇燃料电池阳极催化剂。2.如权利要求1所述的一种直接乙醇燃料电池阳极催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述高锰酸钾溶液的用量为葡萄糖质量的1.6～2....

【专利技术属性】
技术研发人员：姜香，王文新，朱华，
申请(专利权)人：姜香，
类型：发明
国别省市：江苏,32