一种沉淀剂改性的燃料电池阳极催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种沉淀剂改性的燃料电池阳极催化剂的制备方法，属于燃料电池催化材料制备技术领域。制备原料组成为沉淀剂，CeCl

【技术实现步骤摘要】
一种沉淀剂改性的燃料电池阳极催化剂的制备方法
本专利技术属于燃料电池催化材料制备
，具体涉及一种沉淀剂改性的燃料电池阳极催化剂的制备方法。
技术介绍
直接醇类燃料电池实质是一种质子交换膜燃料电池，它是以质子交换膜技术为基础（以质子交换膜为中心，涂有催化剂的电极分布于两边）发展得到。以醇类为燃料代替了质子交换膜电池中的氢气，理论上它的能量密度较高，燃料来源广泛，不需要通过重整技术获得的富氢燃气作为燃料，燃料状态为液体，有利于运输和储存，现有的燃料供应系统能够直接供应。其中，人们最早开始研究的直接醇类燃料电池催化剂是Pt。但Pt在地球中的存储量稀少，价格十分昂贵，因此阻碍了其日常生活中的应用，人们逐渐将重心转移到非Pt金属催化剂。金属Pd在地球上的储量相对Pt来说比较多，价格相对Pt便宜，因此近年来的研究多围绕Pd基催化剂展开。其中，催化剂载体对催化剂的性能也有着重要影响，首先载体能够有利于纳米颗粒的分散，从而提高其利用率及电流密度；同时载体也能够参与到催化反应中去，比如与一些反应的中间产物发生作用，从而影响催化剂的催化性能。作为燃料电池催化剂的载体，通常要具有优异的导电性能，以利于反应的电子传递；较大的比表面积，能够使纳米材料均匀分散；良好的耐腐蚀性能，能够在强酸、强碱等介质中长久工作，并能耐一定温度和电流；较好的结合能力，能够使催化剂颗粒稳定在载体上。活性炭作为载体的Pd基催化剂是DAFC最为常见的催化剂，这类材料满足了阳极催化剂载体的基本要求，但其依然存在着严重的缺点，如Pd作为催化剂时在电催化过程中，由于燃料不完全氧化产生的中间产物CO容易使催化剂中毒，从而降低催化活性。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种沉淀剂改性的燃料电池阳极催化剂的制备方法。通过添加合适的沉淀剂，对载体材料进行改性，能够显著改善钯纳米催化剂颗粒在载体表面的分散性，进而提高其催化性能。本专利技术是通过如下技术方案实施的：一种沉淀剂改性的燃料电池阳极催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：（1）将CeCl3·7H2O和活性炭材料溶于水中并加入沉淀剂超声1h充分分散，随后置于一定温度条件下继续磁力搅拌3h得到溶液A，离心洗涤干燥得固体粉末；（2）将步骤（1）得到的固体粉末转移到管式炉，在400~500℃、保护气体气氛中保温1h，得到CeO2-C载体；（3）随后将CeO2-C载体加入氯钯酸溶液中超声搅拌获得溶液B；（4）将还原剂溶于水中得溶液C；（5）将步骤（4）所得的溶液C缓慢逐滴加入步骤（3）所得的溶液B中，室温下磁力搅拌4h，离心洗涤干燥得沉淀剂改性的燃料电池阳极催化剂。所述沉淀剂为氢氧化钠、氨水和尿素中的一种或几种。其中原料中的Ce与Pd元素的摩尔比为1:2~1:1。步骤（1）中所述的磁力搅拌是在室温或90℃油浴下进行的。步骤（2）中所述保护气体为氮气、氩气和氢气中的一种或几种。步骤（1）中CeCl3·7H2O和活性炭材料的质量比为2:7。所述氯钯酸溶液的浓度为18.9mmol/L；所述溶液C的浓度为0.1mol/L。溶液B与溶液C的体积比为1:2。步骤（4）中所述还原剂为NaBH4。所述步骤中的离心洗涤的溶剂为无水乙醇或水。本专利技术的显著优点在于：沉淀剂制备的CeO2具有金红石结构，以CeO2和活性炭材料获得复合载体，显著改善钯纳米催化剂颗粒在载体上的分散性，同时结合液相还原法获得尺寸均匀的钯纳米颗粒，对乙醇及甲醇等醇类燃料具有较高的催化活性；另外，复合载体中的金红石CeO2晶体也能够有效降低钯纳米颗粒的表面能，减少中间产物CO在催化剂表面的吸附，提高催化剂的稳定性。本专利技术原料简单易得，制备工艺稳定，达到了实用化和工业化的条件。附图说明图1是制备的燃料电池阳极催化剂材料的XRD图。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术进行进一步说明。实施例1：材料的制备（1）按照CeCl3·7H2O与活性炭材料质量比2:7称取原料，溶于水中磁力搅拌1h充分分散后，逐滴加入1M的NaOH溶液至溶液PH=9，并置于室温下继续搅拌3h得到溶液A，水洗离心干燥得固体粉末；（2）将固体粉末转移到管式炉，在400℃，N2气氛中保温1h，得到CeO2-C载体；（3）按照Ce与Pd元素的摩尔比为1:2将CeO2-C载体加入18.9mmol/L氯钯酸溶液中超声后搅拌至其充分分散得溶液B；（4）将还原剂NaBH4溶于水中得溶液C，溶液C的浓度为0.1mol/L；（5）将溶液C缓慢逐滴加入溶液B中，溶液B与溶液C的体积比为1:2，室温下磁力搅拌4h，水洗离心干燥得沉淀剂NaOH改性的燃料电池阳极催化剂。图1是制备的燃料电池阳极催化剂材料的XRD图。由图可知，载体中的CeO2具有金红石结构，液相还原法获得钯纳米颗粒。所得催化剂对乙醇催化的比活性为15mA·cm-2，连续运行12小时（65℃，0.65V）的衰减率仅为15%。实施例2：材料的制备（1）按照CeCl3·7H2O与活性炭材料质量比2:7称取原料，溶于水中磁力搅拌1h充分分散后，逐滴加入1M的氨水溶液至溶液PH=9，并置于室温下继续搅拌3h得到溶液A，无水乙醇洗涤离心干燥得固体粉末；（2）将固体粉末转移到管式炉，在450℃，Ar气氛中保温1h，得到CeO2-C载体；（3）按照Ce与Pd元素的摩尔比为1:1将CeO2-C载体加入18.9mmol/L氯钯酸溶液中超声搅拌获得溶液B；（4）将还原剂NaBH4溶于水中得溶液C，溶液C的浓度为0.1mol/L；（5）将溶液C缓慢逐滴加入溶液B中，溶液B与溶液C的体积比为1:2，室温下磁力搅拌4h，无水乙醇洗涤离心干燥得沉淀剂氨水改性的燃料电池阳极催化剂。所得催化剂对乙醇催化的比活性为12mA·cm-2，连续运行12小时（65℃，0.65V）的衰减率仅为12%。实施例3：材料的制备（1）按照CeCl3·7H2O与活性炭材料质量比2:7，活性炭与沉淀剂尿素质量比1:10溶于水中磁力搅拌1h充分分散后置于90℃油浴锅中继续搅拌3h得到溶液A，无水乙醇洗涤离心干燥得固体粉末；（2）将固体粉末转移到管式炉，在500℃，N2气氛中保温1h，得到CeO2-C载体；（3）按照Ce与Pd元素的摩尔比为1:1将CeO2-C载体加入18.9mmol/L氯钯酸溶液中超声搅拌获得溶液B；（4）将还原剂NaBH4溶于水中得溶液C，溶液C的浓度为0.1mol/L；（5）将溶液C缓慢逐滴加入冷却后溶液B中，溶液B与溶液C的体积比为1:2，室温下磁力搅拌4h，无水乙醇洗涤离心干燥得沉淀剂尿素改性的燃料电池阳极催化剂。所得催化剂对乙醇催化的比活性为14mA·cm-2，连续运行12小时（65℃，0.65V）的衰减率仅为13%。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例，凡依本专利技术申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利技术的涵盖范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沉淀剂改性的燃料电池阳极催化剂的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：（1）将CeCl

【技术特征摘要】
1.一种沉淀剂改性的燃料电池阳极催化剂的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：（1）将CeCl3·7H2O和活性炭材料溶于水中并加入沉淀剂超声1h充分分散，随后置于一定温度条件下继续磁力搅拌3h得到溶液A，离心洗涤干燥得固体粉末；（2）将步骤（1）得到的固体粉末转移到管式炉，在400~500℃、保护气体气氛中保温1h，得到CeO2-C载体；（3）随后将CeO2-C载体加入氯钯酸溶液中超声搅拌获得溶液B；（4）将还原剂溶于水中得溶液C；（5）将步骤（4）所得的溶液C缓慢逐滴加入步骤（3）所得的溶液B中，室温下磁力搅拌4h，离心洗涤干燥得沉淀剂改性的燃料电池阳极催化剂。2.根据权利要求1所述的一种沉淀剂改性的燃料电池阳极催化剂的制备方法，其特征在于：所述沉淀剂为氢氧化钠、氨水和尿素中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种沉淀剂改性的燃料电池阳极催化剂的制备方法，其特征在于：其中原料中的Ce与Pd元素的摩尔比为1:...

【专利技术属性】
技术研发人员：张腾，魏颖，张心愿，李巍婷，温翠莲，唐电，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35