本发明专利技术公开了一种直接乙醇燃料电池高抗CO阳极催化剂及制备与应用，所述催化剂按如下方法制得：(1)将有机碲源溶于有机溶剂中，在还原剂的作用下，于pH值为8～10的缓冲溶液中，120～150℃条件下密闭反应3～5h，反应结束后，将反应液骤冷至室温，取两相界面产物离心分离，取沉淀洗涤干燥，获得碲枝晶；(2)将步骤(1)获得的碲枝晶与乙二醇和含金前躯体混合，60℃密封条件下振荡3～5h，反应结束后，将反应液离心分离，取沉淀干燥，获得所述直接乙醇燃料电池高抗CO阳极催化剂；本发明专利技术所述催化剂对CO有很好的催化活性，稳定性也大大提高；成本低，操作工艺简单，周期短，可控批量化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池领域，特别涉及一种直接乙醇燃料电池高抗CO阳极催化剂及制备与应用。
技术介绍
直接乙醇燃料电池(Direct Ethanol Fuel Cell, DEFC)是燃料电池中的一种，直接使用乙醇溶液作燃料，与使用氢气和甲醇作为燃料的电池相比，乙醇易于储存运输，可由生物质(Biomass)通过发酵制得，来源丰富，毒性低，含氢量高，是一种完全可再生的资源。DEFC具有能耗少、能源密度高、操作简单、噪声低等优点，在诸如手机、笔记本电脑以及电动车等可移动电源领域具有广阔的应用前景。因此，国内外很多高校、科研机构和大公司均对DEFC研究投入大量的人力和物力。目前研究的重点是新型高温电解质膜及高催化活性和高 选择性的电催化剂开发两方面，从而降低DEFC的成本，提高DEFC的性能。目前用于乙醇氧化的有一元金属电催化剂如Au、Pd、Pt;多元金属电催化剂如Pt-Ru> PtSn/C、Pt/Sb、PtRuSn> PtPd、PtMo 等；Pt 与金属氧化物复合催化剂如 Pt_Ti02、Pt-WO3 等。如专利CN201010265868. 6(重庆大学，魏子栋等)中报道用蒙脱土稳定钯纳米颗粒催化剂可用于催化甲醇；专利CN 1577927A中报道用钼锡做乙醇阳极催化剂，如专利CN101683614A中报道一种含有Pt/Ru合金和氧化锡的乙醇氧化催化剂的制造方法，提高了催化剂的活性，但一定程度上仍存在制备工艺复杂，条件控制难等问题。纳米材料具有超小的结构单元、较高的比表面积等结构特点，材料尺度的减小，不仅增加了表面积，更重要的是增加了表面能，从而提高了材料活性位点的利用率。贵金属及过渡金属一直是传统催化剂的重要组分，近年来，纳米技术的发展极大地推动了它们在催化方面的发展。利用各种纳米技术手段，制备出的纳米级贵金属及过渡金属组分的催化剂，较传统的催化剂显示出更好的催化活性。如马厚义等研究了钯、金/钯催化剂对乙醇的电催化氧化，如安徽师范大学尹晓娟硕士论文中报道了 TiO2-CNiypt复合纳米催化剂对乙醇的电催化氧化，湖南大学王明涌硕士论文中报道了 Pt/CNT/石墨和Pt-Ru/CNT/石墨电极对醇氧化的电催化活性以及电极的长期稳定性研究。然而，这些催化剂对于乙醇氧化有一定的活性，但在乙醇催化氧化过程中产生的CO会吸附在催化剂的活性位点上，大大降低其催化活性，因此并不具备高抗CO的中毒能力，因此需要找到一种活性好并高抗CO中毒能力的催化剂。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有的直接乙醇燃料电池的钼基阳极催化剂资源稀缺和易中毒，价格昂贵等缺点，提出了一种直接乙醇燃料电池高抗CO的非钼基材料的阳极催化剂及制备方法与在制备直接乙醇燃料电池电极中的应用。本专利技术通过以有机碲源和弱还原剂为原料，制备碲枝晶模板，并以此模板加入含金前驱体制备具有核壳结构的金枝晶微纳米材料，即所述的直接乙醇燃料电池高抗CO阳极催化剂，并且通过控制含金前驱体中金的含量可以控制催化剂中金的质量浓度，以此催化剂制备直接乙醇燃料电池电极，并用所述电极制备具有优异性能的直接乙醇燃料电池。本专利技术采用的技术方案是一种直接乙醇燃料电池高抗CO阳极催化剂，所述催化剂按如下方法制得⑴将有机碲源溶于有机溶剂中，在还原剂的作用下，于pH值为8 10 (优选pH值为10)的缓冲溶液中，120 150°C (优选120°C )条件下密闭反应3 5h (优选3h)，反应结束后，将反应液骤冷(冰浴)至室温(25°C )，取两相界面产物离心分离(8000rpm, 5min),取沉淀洗漆干燥，获得碲枝晶；所述还原剂为二硫代水杨酸、柠檬酸或葡萄糖中的一种或两种以上任意比例的混合(优选二硫代水杨酸、柠檬酸或葡萄糖中的一种)；所述有机溶剂为乙醇、氯仿、乙二醇、苯、二氯甲烷或二硫化碳中的一种或两种以上任意比例的混合溶液(优选氯仿)，所述有机碲源为亚碲酸钠、联苯二碲、二乙基二硫代氨基甲酸碲、溴化苄基二丁基碲、对-甲 氧苯基氧化碲中的一种或两种以上任意比例的混合(优选联苯二碲、二乙基二硫代氨基甲酸碲或溴化苄基二丁基碲中的一种)；(2)将步骤(I)获得的碲枝晶与乙二醇和含金前躯体混合，60°C密封条件下振荡3 5h (振荡速度为260rpm，振荡时间优选3h)，反应过程中取微量上层清夜用去离子水稀释后测其紫外可见吸收光谱，若在200 400nm处没有金的吸收峰，则金前躯体反应完全，如果有金的吸收峰则继续反应，直至在200 400nm处没有金的吸收峰，反应结束后，将反应液离心分离(8000rpm，5min)，取沉淀干燥(优选70°C真空干燥2h)，获得所述直接乙醇燃料电池高抗CO阳极催化剂；所述含金前躯体为氯金酸、氯化金钾、氯化金或柠檬酸金钾中的一种，所述的氯金酸以水溶液的形式加入，优选以lOmmol/L氯金酸水溶液的形式加入。进一步，步骤(I)所述有机碲源投料量以碲的物质的量计，所述有机碲源与还原剂投料物质的量之比为I : 2 5(优选I : 5)，所述有机溶剂的体积用量以有机碲源物质的量计为212. 31 318. 46ml/mmoI (优选212. 31ml/mmol)，所述有机溶剂与缓冲溶液的体积比为I : 0.156 2(优选I : 0.156)。进一步，步骤⑴所述缓冲溶液优选为pH值为8 10的NH3 H2O-NH4Cl缓冲溶液，更优选PH值为10的NH3 H2O-NH4Cl缓冲溶液。进一步步骤(I)所述还原剂优选为二硫代水杨酸或葡萄糖。进一步，步骤(I)所述密闭反应在内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中进行。进一步，步骤(2)所述碲枝晶与含金前躯体投料物质的量之比为I : 0.25 1(优选I : 0. 25 0. 8),所述締枝晶含量以締的物质的量计,所述含金前躯体含量以金的物质的量计；所述乙二醇的体积用量以碲枝晶的物质的量计为133 400ml/mmol。本专利技术所述直接乙醇燃料电池高抗CO阳极催化剂制备过程中，通过调节含金前驱体中金的浓度可以得到含金量不同的阳极催化剂。所述阳极催化剂制备过程中，所述上述制备方法步骤(2)反应结束后，取微量上层清液，用去离子水稀释后测试其在200 400nm处的紫外可见吸收光谱，在200 400nm处没有金的吸收峰，则金前驱体基本反应完全,如果反应不完全,则延长反应时间。本专利技术所述直接乙醇燃料电池高抗CO阳极催化剂为碲(核)金(壳)(AuOTe)结构的三维枝晶结构(类似松树叶形状)，枝晶主干的平均尺寸为30 ym，分枝尺寸分布不均一，80%分枝尺寸为5pm;且金纳米颗粒在碲枝晶表面分布均匀，形成了严密的纳米网状结构，从高效透射电镜图中可以观察到清晰的晶格排列，晶格间距通常为0. 235nm。本专利技术所述直接乙醇燃料电池高抗CO阳极催化剂的高抗CO性能为对乙醇氧化过程中产生的吸附态CO以及燃料中混杂的CO具有很好的催化氧化能力。所述高抗CO性能通过CO溶出伏安法测定。另一方面，本专利技术还提供所述直接乙醇燃料电池高抗CO阳极催化剂在制备直接乙醇燃料电池电极中的应用。进一步，所述制备直接乙醇燃料电池电极的方法为(A)将玻碳电极分别在金相 砂纸和70 90g/L (优选90g/L)氧化铝水浆中打磨、抛光，依次在丙酮、无水乙醇和高纯水中本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种直接乙醇燃料电池高抗CO阳极催化剂，其特征在于所述催化剂按如下方法制得(I)将有机碲源溶于有机溶剂中，在还原剂的作用下，于PH值为8 10的缓冲溶液中，120 150°C条件下密闭反应3 5h，反应结束后，将反应液骤冷至室温，取两相界面产物离心分离，取沉淀洗涤干燥，获得碲枝晶；所述还原剂为二硫代水杨酸、柠檬酸或葡萄糖中的一种或两种以上任意比例的混合； 所述有机溶剂为乙醇、氯仿、乙二醇、苯、二氯甲烷或二硫化碳中的一种或两种以上任意比例的混合溶液，所述有机碲源为亚碲酸钠、联苯二碲、二乙基二硫代氨基甲酸碲、溴化苄基二丁基碲、对-甲氧苯基氧化碲中的一种或两种以上任意比例的混合；(2)将步骤(I)获得的碲枝晶与乙二醇和含金前躯体混合，60°C密封条件下振荡3 5h，反应结束后，将反应液离心分离，取沉淀干燥，获得所述直接乙醇燃料电池高抗CO阳极催化剂；所述含金前躯体为氯金酸、氯化金钾、氯化金或柠檬酸金钾中的一种，所述的氯金酸以水溶液的形式加入。2.如权利要求I所述的直接乙醇燃料电池高抗CO阳极催化剂，其特征在于步骤(I)所述有机碲源投料量以碲的物质的量计，所述有机碲源与还原剂投料物质的量之比I : 2 5。3.如权利要求I所述的直接乙醇燃料电池高抗CO阳极催化剂，其特征在于步骤(I)所述有机碲源投料量以碲的物质的量计，所述有机溶剂的体积用量以有机碲源物质的量计为212. 31 318. 46ml/mmol，所述有机溶剂与缓冲溶液的体积比为I : O. 156 2。4.如权利要求I所述直接乙醇燃料电池高抗CO阳极催化剂，其特征在于步骤(I)所述缓冲溶液为PH值为8 10的NH3 · H2...
【专利技术属性】
技术研发人员：王舜，金辉乐，王德猛，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：
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