本发明专利技术公开了一种质子交换膜燃料电池的电极催化剂，解决了催化剂制备成本高、制备的催化剂性能不稳定、易发生团簇和中毒的问题，所述催化剂为GOSn/CNTS催化剂，其由氧化石墨烯、多壁碳纳米管和Vulcan XC‑72反应，将产物与H2SnCl6反应得到产物，最后再与烯丙基缩水甘油醚反应制成。本发明专利技术提出的一种质子交换膜燃料电池的电极催化剂，有利于传质和传液的进行，提高催化剂的利用效率；不会造成催化剂中毒；没有重金属污染；制备工艺简单，成本低，值得推广。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及质子交换膜燃料电池
，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池的电极催化剂。
技术介绍
质质子交换膜燃料燃料电池（PEMFC）由于其工作温度较低，启动快，无电解液流失，具有比其它燃料电池更高的比功率，既可作固定电站又可作移动运输工具的电源，有望成为取代目前汽车动力的最有竞争力的动力源之一。目前，全球已有英国伦敦、加拿大温哥华、德国斯图加特等不少国家和城市推出了燃料电池驱动的公共汽车线路，许多国家展示了试运行的燃料电池车。中国在北京奥运会和上海世博会期间也成功推出了燃料电池驱动的大巴车和小汽车，现已有超过1000辆车在全国10多个城市试运行。随着燃料电池配套设施加氢站的快速建设，将会有更多的燃料电池车投入运行。据英国FuelCellToday和美国FuelCells行业统计，2012年燃料电池装机容量较2011年取得了成倍的增长。然而其离商业化应用还有一定的距离，主要是成本过高，关键技术没有得到很好的解决。PEMFC的关键技术主要有质子交换膜、电催化剂、模组装电极（MEA）、对CO的敏感性及水管里和热管理。其中，膜组装电极是保证电化学反应能高效进行的核心，由阳极（燃料电极）、质子交换膜和阴极（氧电极）热压而成，而膜电极制备的关键在于控制电催化剂浆料的配比与涂布技术。现有的燃料电池用电催化剂通常为铂或铂基合金，这些贵金属储备有限，资源匮乏，价格昂贵，且在催化层中铂的利用率一般不到30%，铂基催化剂的利用率极低，且催化剂中毒的贵金属回收困难，从而导致燃料电池催化剂成本极高。专利申请号为200780044445.8提出的燃料电池电极用的纳米线负载催化剂中，采用铂、钯、铑和钌中的至少一种构成催化材料，利用锡、钛和钨中的至少一种构成催化剂用金属纳米线，虽在一定程度上提高了铂族金属催化剂的利用，但成本昂贵，催化剂在使用过程中易造成催化剂中毒；专利申请号为201310353990.2提出了质子交换膜燃料电池用催化剂、其制备方法及质子交换膜燃料电池中，将活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管进行分层喷涂在电极上，将Pt、Pb、Sn、Fe、Co、Ni、RuS2、RuSe2中的一种或多种负载在活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管中任一喷涂层上，制备工艺简单，制备的催化剂催化性能有一定的提高，但依然存在催化剂制备成本高，已发生团簇现象，且易发生催化剂中毒等问题。基于上述陈述，本专利技术提出了一种质子交换膜燃料电池的电极催化剂。
技术实现思路
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本专利技术之目的就是提供一种质子交换膜燃料电池的电极催化剂，目的在于解决催化剂制备成本高、制备的催化剂性能不稳定、易发生团簇和中毒的问题。一种质子交换膜燃料电池的电极催化剂，所述催化剂为GOSn/CNTS催化剂，其由氧化石墨烯、多壁碳纳米管和VulcanXC-72反应，将产物与H2SnCl6反应得到产物，最后再与烯丙基缩水甘油醚反应制成。本专利技术还提出了一种质子交换膜燃料电池的电极催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1、将氧化石墨烯、多碳壁纳米管和VulcanXC-72置于三口烧瓶中，加入浓H2SO4，加热到80～90℃，搅拌80～120min，然后加入过量SiO2使之充分反应，经萃取、过滤得滤液，真空蒸发浓缩滤液并向滤液中滴加过量的HCl，得到白色沉淀，抽滤，真空干燥得白色产物A；S2、按质量比为1:18～22的比例，将步骤S1中制得的白色产物A溶于溶剂中，用超声波超声0.8～1.2h，在超声状态下加入H2SnCl6溶液，使Sn负载量达到28～35%，然后加入PH调节剂调节溶液的PH值至7.5～8.5，升温至70～80℃，加入还原剂继续反应1～2h，反应过程中可添加PH调节剂，以保证反应在PH值为7.5～8.5的弱碱环境下进行，反应完成后，静置30～50min，抽滤、洗涤、真空干燥即得产物B；S3、按质量比为0.5～0.8:2.8～4.2的比例，将3,5-二甲基苯酚溶于经分子筛脱水的N,N-二甲基甲酰胺中，得溶液C，然后将溶液C逐滴缓慢滴加到装有NaH的圆底烧瓶中，并不断的低速搅拌，直至溶液变为棕色，得棕色溶液D；S4、按质量比为0.1～0.3:3～4.5的比例，将步骤S2中制得的产物B溶于N,N-二甲基已酰胺中，得溶液E，将溶液E缓慢加入到步骤S3中所得的棕色溶液D中，搅拌反应，反应完全后经沉淀、过滤、真空干燥即得产物F；S5、按质量比为1～1.8:8.8～12的比例，将步骤S4中制得的产物F加入到三乙胺中，升至110～140℃，反应20～30min后，分批加入烯丙基缩水甘油醚，反应完全后经沉淀、洗涤、真空干燥即得制备的GOSn/CNTS催化剂。优选的，所述步骤S1中氧化石墨烯、多碳壁纳米管和VulcanXC-72的质量比为1:0.7～1.1:0.7～1.1。优选的，所述步骤S1中浓H2SO4的加入量为氧化石墨烯、多碳壁纳米管和VulcanXC-72总量的1.8～2.5倍。优选的，所述步骤S2中的溶剂为无水乙醇、去离子水和乙二醇按质量比1～1.2:1～1.2:1配制的混合溶液。优选的，所述步骤S2中的PH调节剂为NH4Cl固体。优选的，所述步骤S2中的还原剂为浓度为40%的甲醇溶液。优选的，所述步骤S3中溶液C与NaH的质量比为0.7～1.1:3.2～5。优选的，所述步骤S3的反应过程中需采用N2作为保护气。优选的，所述步骤S5中分批加入烯丙基缩水甘油醚具体指分5次添加，每次添加的间隔时间为10～15min，每次添加的量为三乙胺量的0.05～0.25倍。本专利技术提出的一种质子交换膜燃料电池的电极催化剂，由氧化石墨烯、多壁碳纳米管、VulcanXC-72和H2SnCl6经一系列反应制成；其中，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性，其在水中具有优越的分散性，多壁碳纳米管具有良好的电子电导率且具有一定的疏水性，能够在电极催化层中形成连续的电子传导通道，本专利技术提出的催化剂具有以下优点：一、氧化石墨烯和多壁碳纳米管粒径小，具有多孔结构，有利于传质和传液的进行，提高催化剂的利用效率；二、使用过程中，不会造成催化剂中毒，对催化剂的催化效率不会造成影响；三、没有重金属污染，不会对环境造成污染，属于高新的无污染能源催化剂；四、合成催化剂的过程简单，没有复杂的工艺流程，可进行工业化生产，放大，制备成本低，值得推广。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的GOSn/CNTS催化剂与现有的SnO2催化剂、Pt/C催化剂的电极循环伏安对比曲线图；图2为本专利技术实施例2制备的GOSn/CNTS催化剂与现有的SnO2催化剂、Pt/C催化剂的电极循环伏安对比曲线图；图3为本专利技术实施例3制备的GOSn/CNTS催化剂与现有的SnO2催化剂、Pt/C催化剂的电极循环伏安对比曲线图；图4为本专利技术实施例4制备的GOSn/CNTS催化剂与现有的SnO2催化剂、Pt/C催化剂的电极循环伏安对比曲线图；图5为本专利技术实施例5制备的GOSn/CNTS催化剂与现有的SnO2催化剂、Pt/C催化剂的电极循环伏安对比曲线图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步解说。实施例一本专利技术提出的一种质子交换膜燃料电池的电极催化本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种质子交换膜燃料电池的电极催化剂，其特征在于，所述催化剂为GOSn/CNTS催化剂，其由氧化石墨烯、多壁碳纳米管和Vulcan XC‑72反应，将产物与H2SnCl6反应得到产物，最后再与烯丙基缩水甘油醚反应制成。
【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池的电极催化剂，其特征在于，所述催化剂为GOSn/CNTS催化剂，其由氧化石墨烯、多壁碳纳米管和VulcanXC-72反应，将产物与H2SnCl6反应得到产物，最后再与烯丙基缩水甘油醚反应制成。2.一种质子交换膜燃料电池的电极催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将氧化石墨烯、多碳壁纳米管和VulcanXC-72置于三口烧瓶中，加入浓H2SO4，加热到80～90℃，搅拌80～120min，然后加入过量SiO2使之充分反应，经萃取、过滤得滤液，真空蒸发浓缩滤液并向滤液中滴加过量的HCl，得到白色沉淀，抽滤，真空干燥得白色产物A；S2、按质量比为1:18～22的比例，将步骤S1中制得的白色产物A溶于溶剂中，用超声波超声0.8～1.2h，在超声状态下加入H2SnCl6溶液，使Sn负载量达到28～35%，然后加入PH调节剂调节溶液的PH值至7.5～8.5，升温至70～80℃，加入还原剂继续反应1～2h，反应过程中可添加PH调节剂，以保证反应在PH值为7.5～8.5的弱碱环境下进行，反应完成后，静置30～50min，抽滤、洗涤、真空干燥即得产物B；S3、按质量比为0.5～0.8:2.8～4.2的比例，将3,5-二甲基苯酚溶于经分子筛脱水的N,N-二甲基甲酰胺中，得溶液C，然后将溶液C逐滴缓慢滴加到装有NaH的圆底烧瓶中，并不断的低速搅拌，直至溶液变为棕色，得棕色溶液D；S4、按质量比为0.1～0.3:3～4.5的比例，将步骤S2中制得的产物B溶于N,N-二甲基已酰胺中，得溶液E，将溶液E缓慢加入到步骤S3中所得的棕色溶液D中，搅拌反应，反应完全后经沉淀、过滤、真空干燥即得产物F；S5、按质量比为1～1.8:8.8～12的比例，将步骤S4...
【专利技术属性】
技术研发人员：于书淳，何春霞，郭会娟，刘会雪，马晓星，
申请(专利权)人：黄河科技学院，
类型：发明
国别省市：河南;41
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