本发明专利技术公开了一种新型的低贵金属载量的硼氢化物直接氧化的电催化剂及其制备方法。采用光沉积方法制备的Ａｕ／ＴｉＯ↓［２］电氧化阳极催化剂，其阳极硼氢化物分解比使用商用的Ｐｔ／Ｃ催化剂减少一个数量级以上，大大提高了电池对于硼氢化钠的利用效率。在透射电镜下观察可以发现Ａｕ颗粒均匀分散于ＴｉＯ↓［２］表面，粒径为２－６ｎｍ。利用该催化剂组装硼氢化钠／双氧水电池，在８０℃下其性能可以与１ｍｇ／ｃｍ↑［２］商用Ｐｔ／Ｃ相当，而其贵金属载量仅为０．０２１ｍｇ／ｃｍ↑［２］。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及硼氢化物直接氧化的燃料电池电催化剂及其制备方法。
技术介绍
使用氢气的质子交换膜燃料电池近些年来获得了广泛的关注，尤其是在电动汽车等 大型牵引动力源方面研究取得了很多进展。但由于氢气储存困难，便携性差等不足限制 了其在小型可移动电源方面的应用，人们一直试图寻找替代氢气的液体燃料，其中以甲 醇作为燃料的直接甲醇燃料电池(directmethanol foel cell, DMFC)被认为在此领域具有 潜在应用。然而甲醇氧化速度慢，甲醇渗透等关键问题一直没有彻底解决，使得DMFC 商业化过程中遇到了很多阻力。硼氢化物同样作为一种液体燃料，具有便于储存、运输等特点，更为重要的是它的 活性要远高于醇类燃料，之前已有广泛的研究将硼氢化物水解制氢方法来作为燃料电池 的原料。中国专利CN101041416A就提出了一种催化剂分解硼氢化钠制氢的方法，然而 制氢过程中同样存在氢的存储问题，而且氢气的安全利用仍面临着许多的技术问题。近几年来直接将硼氢化钠作为电池原料的研究逐步开展起来，其中阴极采用酸性双 氧水作为电池原料的NaBHVH202电池其具体工作原理为阳极朋4— 卄BCV +6i/20 + 8e— 五。-一!.，暫犯8 SHE阴极叫02十8e——眠O ￡o = L77r S}ffi总反应方程^C+4//2G2—^V+6仏0其理论开路电压和能量密度分别为3.01V和17060Wh/(Kg NaBH4)，比甲醇和氢气 氧气燃料电池的开路电压和能量密度都要高。因此可以大大减小电池体积，增加了电池 的便携性能并节约相关的成本。中国专利CN101013752A就专利技术了将三维电极作为直接硼氢化物燃料电池阳极的新 型结构。可是，该电池的结构复杂，开路及最大功率密度低、成本高，而且目前直接硼 氢化钠电池阳极原料分解比较严重。因此，找到一种制备方法简单、贵金属载量低、价 格便宜、在保证硼氢化物直接氧化的同时还能抑止硼氢化物自身直接分解的催化剂是研究和实现DBFC产业化的重要方向。
技术实现思路
本专利技术利用新型的光沉积合成方法，制备了超低载量贵金属的Au/Ti02催化剂，并 利用该催化剂制备了结构简单的燃料电池。该电池不仅性能与商用的Pt/C催化剂可以媲 美，而且更为重要的是它具有显著降低盆氢化物自身分解，从而提高鹏氢化物燃料效率 的作用。该专利技术可以广泛应用于例如航天以及水下等特殊场合需要的高性能便携式电 源。本专利技术的技术方案如下一种硼氢化物直接氧化的燃料电池电催化剂，它是以二氧化钛为载体，负载有质量 百分比为0.5-5%的纳米金的负载型催化剂。一种制备上述的电氧化催化剂的方法，它由下列步骤组成步骤1.取一定量的水热法制备的二氧化钛，加入计量的浓度为2mg/mL的氯金酸的 水溶液；步骤2.将步骤1所得的悬浮液置于紫外线下照射2-5分钟，紫外线的波长为320-400纳米，功率为0.6-0.85mW/cm2;步骤3.将步骤2所得的悬浮液蒸干，并研磨成粉末，即得本专利技术的电催化剂。 采用本专利技术光沉积方法制备的含金质量百分比不同的Au/Ti02阳极催化剂，采用商用的Pt/C阴极催化剂，以全氟磺酸树脂作为质子交换膜制作电池，并测试了不同温度、不同放电电压下电池的性能以及反应中被直接分解的H2流速。本专利技术与现有技术比较，优点如下1) 利用光沉积方法合成的Au/Ti02催化剂具有成本低，载量小，制备时间短并 且易于批量生产，其金载量比传统的商用Pt/C催化剂中的铂载量少至少一 个数量级。具体见下表<table>table see original document page 4</column></row><table>2)利用Au/Ti02 (Au: 2%wt)制备的DBFC在80'C下100mA/cn^下获得工作电压0.9V，在200mA/ci^得到最大功率密度120mW/cm2，该结果与相同阴极电极而阳极为 1 mg/cm2的商用Pt/C的性能可相比。3) Au/Ti02催化剂能直接氧化硼氢化钠，并且反应过程无明显的硼氢化物自身分解 副反应。4) 利用光沉积方法合成的Au/Ti02催化剂中Au颗粒粒径2-6 nm，均匀分散在Ti02 表面，由于Au/Ti02纳米颗粒间的强强相互作用而减少了 Au颗粒的团簇从而大大增大 了反应的活化面积，使得该催化剂在低载量下得到较高的活性并且拥有很好的稳定性。附图说明图1为本专利技术的电氧化催化剂Au/Ti02的制备方法的流程示意图。 图2为本专利技术实施例1中制备的Au/Ti02阳极催化剂的TEM图。 图3的本专利技术实施例2的不同温度的放电性能。 图4为本专利技术实施例3的不同温度的放电性能。 图5为本专利技术实施例4的不同温度的放电性能。 图6为本专利技术实施例5在80'C下的放电性能对比。图7为本专利技术实施例6中不同温度及放电电压条件下分别利用Au/Ti02与商用的 Pt/C作为阳极催化剂时生成氢气气体量的对比。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术作进一步的详细说明实施例l:水热法Ti02的制备取201111异丙醇钛和4.28冰醋酸，快速加入100ml水搅拌一小 时后使之完全水解，再加入65%wt硝酸1.5ml，在78'C下水浴75分钟，测得溶液pH 约为1.5。继续将溶液在240'C下水热反应12小时，再加入65%wt硝酸0.8ml，在200W 条件下超声一小时，此时测得pH为3 3.5。电氧化催化剂的制备光沉积方法制备Au/Ti02电氧化催化剂的具体步骤参见图1，取一定量的水热法制备的二氧化钛，加入浓度为2mg/mL的氯金酸的水溶液，将步 骤1的悬浮液置于紫外线下照射2-5分钟，紫外线的波长为320-400纳米，功率为 0.6-0.85mW/cm2，将悬浮液在50'C下蒸干，并研磨成粉末，即得本专利技术的Au:5wtM的电氧化催化剂。Au/Ti02电氧化催化剂粉末在透射电镜下观察Au颗粒粒径约为2-6nm左 右(见图2)。将上述的Au/Ti02电氧化催化剂粉末加入与上述催化剂粉末中的Ti02质量相等的 XC-72碳粉和Nafion溶液(Nafion:催化剂质量-l: 10)，超声分散后釆用刷涂方法制 备催化剂的扩散层电极。实施例2:电氧化催化剂的制备如实施例1，加入浓度为2mg/mL的氯金酸的水溶液，采用的 紫外线波长为320-400纳米，功率为0.85mW/cm2，照射2分钟，制备5wtW的Au/Ti02 电氧化催化剂(其中Au载量为0.174mg/cm2)，阴极采用商用的Pt/C催化剂(其中Pt 载量为lmg/cm2)。将阳极和阴极催化剂刷涂的一面朝向Nafion膜，在1.5MPa， M0。C 下热压3min,制成膜电极三合一 (MEA)。测试中阳极硼氢化钠溶液采用NaBH4含量 为10wt。/。，其中含有NaOH: 5wt%， NH3'H20: 5 wt %;阴极双氧水釆用1^02含量 为10wt。/。，其中含有H3P04: 5wt%。将上述制好的膜电极三合一进行组装，其中集 流板采用高纯石墨制备，流场为单通道蛇形，两侧用不锈钢板通过螺栓夹紧，并置入 NaBH4/H202燃料电池的评价装置中，测试中阴极阳极原料流速分别为3.2ml/min、 0.8本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硼氢化物直接氧化的燃料电池电催化剂，其特征是：它是以水热法二氧化钛为载体，负载有质量百分比为０．５－５％的纳米金的负载型催化剂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘建国，毛示旻，田志鹏，叶季蕾，邹志刚，于涛，顾军，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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