一种用于实际甲醇燃料电池的高性能氧还原催化剂制造技术

本发明专利技术公开了一种用于实际甲醇燃料电池的高性能氧还原催化剂，其特征在于：采用可见光诱导的模板法，在不添加表面活性剂和还原剂的情况下，首次合成Pd基四元合金纳米片，厚度约为5nm，直径大于500nm。通过测试X射线衍射光谱，得到其晶体构型为面心立方。在实际甲醇燃料电池中，PdAuBiTe合金纳米片的功率密度为235.7mW cm

【技术实现步骤摘要】
一种用于实际甲醇燃料电池的高性能氧还原催化剂


[0001]本专利技术涉及一种用于实际甲醇燃料电池的高性能氧还原催化剂。

技术介绍

[0002]甲醇容易获取、储存，且能量密度高，直接甲醇燃料电池有望成为可再生能源的转换设备，用以缓解能源危机和温室效应。阴极催化剂(Pt基是公认的阴极氧还原性能最好的催化剂)动力学慢，耐甲醇性差，容易CO中毒。二维纳米结构具有体积比高的表面金属原子和低配位原子，然而由于晶格失配和氧化还原电位等固有的物理化学性质，在热力学上不利于二维纳米结构的生长。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种可见光诱导的模板法，用于合成PdAuBiTe四元纳米片，该种催化剂合成方法简单温和，形貌为不规则的片状，厚度为4
‑
5.5nm，直径大于500nm。PdAuBiTe四元纳米片作为实际甲醇燃料电池的阴极反应，具有优异的催化性能和稳定性。
[0004]本专利技术的技术方案是：一种用于实际甲醇燃料电池的高性能氧还原催化剂，所述的催化剂为PdAuBiTe合金纳米片。
[0005]所述的PdAuBiTe合金纳米片为不规则的纳米片，厚度约为5nm，直径大于500nm。
[0006]一种用于实际甲醇燃料电池的高性能氧还原催化剂，包括如下步骤：
[0007](1)合成Bi2Te3纳米片，存放于乙醇中；(2)取步骤(1)所得溶液于培养皿中，加入乙二醇，其用量在5
‑
15ml，室温下搅拌10min；(3)在步骤(2)混合溶液中加入四氯钯酸钠和三水氯金酸，室温下搅拌15min放入暗室，用40W的台灯光照1
‑
4小时；(4)将步骤(3)所得产物冷却后进行洗涤，离心分离后即PdAuBiTe合金纳米片，并将样品分散保存在乙醇中。
[0008]所述的钯盐和金盐总用量为0.0125mmol，Bi2Te3纳米片为0.005mmol，Pd:Au:Bi:Te为4:1:4:6
‑
1:4:4:6(摩尔比)。
[0009]所述的PdAuBiTe合金纳米片在实际甲醇燃料电池中的应用。
[0010]本专利技术的有益效果：文献合成纳米片大多采用水热合成法，而本专利技术采用可见光诱导，以Bi2Te3为模板，在没有表面活性剂和还原剂的情况下，加入钯盐和金盐，台灯光照首次得到PdAuBiTe四元纳米片。X射线衍射光谱显示，PdAuBiTe纳米片是面心立方结构。PdAuBiTe合金纳米片作为阴极，在实际甲醇燃料电池中催化性能优异，稳定性良好。
[0011]具体的，采用可见光诱导的模板法，在不添加表面活性剂和还原剂的情况下，首次合成Pd基四元合金纳米片，厚度约为5nm，直径大于500nm。通过测试X射线衍射光谱，得到其晶体构型为面心立方。PdAuBiTe合金纳米片在氧还原中的质量活性为2.48A mg
‑1，是商业碳载铂的17.7倍。10，000圈加速稳定性测试后，PdAuBiTe合金纳米片活性几乎没有变化，而商业碳载铂减少30.14％。在实际甲醇燃料电池中，PdAuBiTe合金纳米片的功率密度为235.7mW cm
‑2，是商业碳载铂的2.32倍，同时是目前文献报道的最高值。恒流的稳定性测试
中，PdAuBiTe合金纳米片15h的电压仅下降15％，而商业碳载铂下降55.1％。
[0012]由该方法合成的PdAuBiTe合金纳米片形貌特殊，结构新颖，在实际甲醇燃料电池中催化性能优异，稳定性良好，具有取代目前商业碳载铂黑催化剂的可能。
附图说明
[0013]图1为PdAuBiTe合金纳米片的扫描电镜和原子力显微镜观察结果图；
[0014]图2为PdAuBiTe合金纳米片的X射线衍射结果图；
[0015]图3为PdAuBiTe合金纳米片与商业碳载铂氧还原的催化性能与稳定性对比图；
[0016]图4为PdAuBiTe合金纳米片与商业碳载铂在实际甲醇燃料电池中功率密度与稳定性对比图。
具体实施方式
[0017]实施例1：
[0018](1)合成Bi2Te3纳米片，存放于乙醇中；
[0019](2)取步骤(1)所得Bi2Te3纳米片(0.005mmol)于培养皿中，加入乙二醇，其用量为10ml，室温下搅拌10min；
[0020](3)在步骤(2)混合溶液中加入0.01mmol四氯钯酸钠和0.0025mmol三水氯金酸，室温下搅拌15min后放入暗室，用可见光(40W的台灯，钨丝作为光源)照2小时；
[0021](4)将步骤(3)所得产物冷却后进行洗涤，离心分离后即得PdAuBiTe合金纳米片，并将样品分散保存在乙醇中。
[0022]实施例2：
[0023](1)合成Bi2Te3纳米片，存放于乙醇中；
[0024](2)取步骤(1)所得Bi2Te3纳米片(0.005mmol)于培养皿中，加入乙二醇，其用量为15ml，室温下搅拌10min；
[0025](3)在步骤(2)混合溶液中加入0.01mmol四氯钯酸钠和0.0025mmol三水氯金酸，室温下搅拌15min后放入暗室，用40W的台灯光照4小时；
[0026](4)将步骤(3)所得产物冷却后进行洗涤，离心分离后即得PdAuBiTe合金纳米片，并将样品分散保存在乙醇中。
[0027]实施例3：
[0028](1)合成Bi2Te3纳米片，存放于乙醇中；
[0029](2)取步骤(1)所得Bi2Te3纳米片(0.005mmol)于培养皿中，加入乙二醇，其用量为7ml，室温下搅拌10min；
[0030](3)在步骤(2)混合溶液中加入0.01mmol四氯钯酸钠和0.0025mmol三水氯金酸，室温下搅拌15min后放入暗室，用40W的台灯光照2小时；
[0031](4)将步骤(3)所得产物冷却后进行洗涤，离心分离后即得PdAuBiTe合金纳米片，并将样品分散保存在乙醇中。
[0032]对比实施例1
[0033](1)在三颈烧瓶中，加入6.7mg乙酰丙酮钯和2.0mg碲酸钠作为金属前驱体，10ml N，N
‑
二甲基乙酰胺作溶剂，加入300mg聚乙烯吡喏烷酮，8mg氯化铵，30mg柠檬酸，超声30min
将上述物质充分混合；
[0034](2)在三颈烧瓶中加热到180℃，反应2h；
[0035](3)所得产品经过丙酮和乙醇的混合物多次离心洗涤。
[0036]通过与反向实施例1比较可发现，反向实施例中的PdTe二元纳米片在氧还原中的质量活性是0.3A mg
‑1，在实际甲醇燃料电池中的最大功率密度为109mW cm
‑2，相较本实验得到的PdAuBiTe合金纳米片的功率密度更低，且反向实施例中的PdTe纳米片没有测试实际甲醇燃料电池的稳定性。
[0037]对比实施例2
[0038](1)将61mg乙酰丙酮钯，154mg本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于实际甲醇燃料电池的高性能氧还原催化剂，其特征在于：所述的催化剂为PdAuBiTe合金纳米片。2.根据权利要求1所述的一种用于实际甲醇燃料电池的高性能氧还原催化剂，其特征在于：所述的PdAuBiTe合金为不规则的纳米片，厚度为4
‑
5.5nm，直径大于500nm。3.如权利要求1
‑
2之一所述的一种用于实际甲醇燃料电池的高性能氧还原催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)合成Bi2Te3纳米片，存放于乙醇中；(2)取步骤(1)所得Bi2Te3纳米片于培养皿中，加入乙二醇，其用量在5
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁强，赵凤玲，杨晓彤，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：