一种电沉积制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂的方法技术

本发明专利技术公开了一种电沉积制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂的方法，制备过程包括以下步骤：步骤1：将所用的碳纳米管在浓硫酸和浓硝酸混合酸中超声，浸泡过夜，80℃干燥备用；以尿素为氮源对多壁碳纳米管进行氮掺杂，制备氮掺杂的碳纳米管材料；以氮掺杂碳纳米管为载体，采用计时电流法将金属离子电沉积在氮掺杂碳纳米管载体上，实现贵金属Pt和非贵金属Co合金颗粒的瞄定负载，制备Pt3Co/N

【技术实现步骤摘要】
一种电沉积制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂的方法


[0001]本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种电沉积制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂的方法。

技术介绍

[0002]直接甲醇燃料电池(DMFC)属于低温燃料电池，釆用质子交换膜做固体电解质，甲醇作为燃料。DMFC作为一种潜在的清洁能源，可以有效地将化学能转化为电能，替代不可再生的化石燃料，不仅可以减少与之相关的环境危机，还可以减轻日益增长的能源需求负担。作为一种很有前途的可再生能源设引起了研究者的注意；DMFC单电池主要由膜电极、双极板、集流板和密封垫片组成。由催化剂层和质子交换膜构成的膜电极是燃料电池的核心部件，燃料电池的所有电化学反应均通过膜电极来完成。质子交换膜起传导质子阻隔电子作用，同时作为隔膜防止两极燃料的渗透。催化剂通过降低反应的活化过电位，使得反应在低电位下迅速进行。目前催化性能较好的是Pt基负载型催化剂，如Pt/C催化剂或PtM/C合金催化剂等。
[0003]目前影响DMFCs的性能的主要因素有：膜厚度、电池温度、甲醇浓度、燃料的pH值、催化剂活性、电极结构、甲醇渗透造成燃料的利用率低在阴极形成混合电位等。其中，阳极催化剂活性低、成本高是影响DMFC应用最为关键的因素，并且Pt易吸附甲醇氧化过程中产生的含氧活性中间体CO*导致催化剂中毒；因此，为了提高阳极催化性能，开发新的催化剂材料，提出了一种电沉积制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种电沉积制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂的方法，以解决上述
技术介绍
中提出的电催化剂活性低，成本高，并且Pt易吸附甲醇氧化产生的含氧活性中间体CO*导致催化剂中毒的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种电沉积制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂的方法，制备过程包括以下步骤：
[0006]步骤1：将所用碳纳米管在浓硫酸和浓硝酸混合酸中超声，浸泡过夜，80 ℃干燥备用；
[0007]步骤2：将多壁碳纳米管超声分散于10mL去离子水中，向其中加入尿素，搅拌混合均匀，旋转蒸发至水分蒸干；
[0008]步骤3：将上述前驱体置于管式炉中，氮气气氛下高温煅烧进行氮掺杂，得到氮掺杂的碳纳米管；
[0009]步骤4：基于上述获得的氮掺杂碳纳米管载体制备电沉积过程中所用的工作电极；
[0010]步骤5：在预先配置好的电解液中，将上述工作电极作为阴极，铂片电极作为阳极，饱和甘汞电极作为参比电极，在20～60℃温度下通过计时电流法进行电沉积。
[0011]优选的，所述步骤1中所选用碳纳米管为比表面积较大的多壁碳纳米管，混酸中超
声时间为0.5～2h。
[0012]优选的，所述步骤3中氮掺杂反应的反应温度为600～800℃，升温速率为每分钟2～5℃，反应时间为0.5～2h。
[0013]优选的，所述步骤5中在采用计时电流法电沉积前需向电解液中通20～50min氮气，预先配制的电解液为H2PtCl6·
6H2O(0.5～50mmol/L)和Co(NO3)2·
6H2O(0.5～50mmol/L)混合物。
[0014]优选的，所述步骤5采用计时电流法电沉积制备催化剂时沉积电位为
‑
0.3～0.5V，电流通电时间为300～1200s。
[0015]优选的，所述步骤2中的尿素和碳纳米管的质量比为1:1。
[0016]优选的，所述步骤4中将制备的工作电极在110℃温度条件下干燥3～8h。
[0017]优选的，所述步骤4包括以下步骤：
[0018]步骤4.1：将氮掺杂碳纳米管载体和聚偏氟乙烯(PVDF)以质量比为8:2的比例研磨混合均匀；
[0019]步骤4.2：再滴加0.15～0.25mL氮甲基吡咯烷酮将其研磨成碳浆；
[0020]步骤4.3：将碳浆均匀涂覆在2*2cm碳纸上、提前打磨好的钛板上或其他导电机体表面。
[0021]优选的，所述电解液中Pt与Co的摩尔之比为5:1～1:5。
[0022]优选的，所述步骤1中的混合酸中浓硫酸和浓硝酸的体积比为1～5:1。
[0023]与现有技术相比，本专利技术提供了一种电沉积制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂的方法，具备以下有益效果：
[0024]1、本专利技术采用计时电流法将金属离子电沉积在氮掺杂碳纳米管载体上，无需对金属前体通过化学方法进行还原，反应时间短，操作简单；
[0025]2、本专利技术以尿素为氮源对多壁碳纳米管进行氮掺杂，制备氮掺杂的碳纳米管材料；在氮掺杂碳纳米管上负载贵金属Pt和非贵金属Co合金颗粒制备Pt3Co/N
‑
CNTs阳极催化剂，合成的金属纳米颗粒在载体上分散度高，具有大的比表面积，能有效提高对甲醇电氧化催化活性以及抗CO中毒性。
附图说明
[0026]图1为实施例1、2、3、4所制备的Pt3Co/N
‑
CNTs和商业Pt/C的XRD谱图；
[0027]图2为实施例1、2、3、4所制备的Pt3Co/N
‑
CNTs和商业Pt/C的HRTEM图；
[0028]图3为实施例1、2、3、4所制备的Pt3Co/N
‑
CNTs和商业Pt/C在0.5MH2SO4和1MCH3OH溶液中的循环伏安特性曲线图；
[0029]图4为实施例1、2、3、4所制备的Pt3Co/N
‑
CNTs和商业Pt/C的CO溶出曲线图。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]实施例1
[0032]本专利技术提供一种技术方案：一种电沉积制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂的方法，制备过程包括以下步骤：
[0033]步骤1：将所用的碳纳米管在浓硫酸和浓硝酸混合酸中超声，浸泡过夜， 80℃干燥备用；
[0034]步骤2：将多壁碳纳米管超声分散于10mL去离子水中，向其中加入尿素，将碳纳米管和尿素混合物搅拌混合均匀，旋转蒸发至水分蒸干；
[0035]步骤3：将上述前驱体置于管式炉中，氮气气氛下高温煅烧进行氮掺杂，得到氮掺杂的碳纳米管；
[0036]步骤4：基于上述获得的氮掺杂碳纳米管载体制备电沉积过程中所用的工作电极；
[0037]步骤5：在预先配置好的电解液中，将上述工作电极作为阴极，铂片电极作为阳极，饱和甘汞电极作为参比电极，在20～60℃温度下通过计时电流法进行电沉积。
[0038]本专利技术中，优选的，步骤1中所选用碳纳米管为比表面积较大的多壁碳纳米管，混酸中超声时间为0.5～2h。
[0039]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电沉积制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂的方法，其特征在于：制备过程包括以下步骤：步骤1：将所用的碳纳米管在浓硫酸和浓硝酸混合酸中超声，浸泡过夜，80℃干燥备用；步骤2：将多壁碳纳米管超声分散于10mL去离子水中，向其中加入尿素，将碳纳米管和尿素混合物搅拌混合均匀，旋转蒸发至水分蒸干；步骤3：将上述前驱体置于管式炉中，氮气气氛下高温煅烧进行氮掺杂，得到氮掺杂的碳纳米管；步骤4：基于上述获得的氮掺杂碳纳米管载体制备电沉积过程中所用的工作电极；步骤5：在预先配置好的电解液中，将上述工作电极作为阴极，铂片电极作为阳极，饱和甘汞电极作为参比电极，在20～60℃下通过计时电流法进行电沉积。2.根据权利要求1所述的一种电沉积制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂的方法，其特征在于：所述步骤1中所选用碳纳米管为比表面积较大的多壁碳纳米管，混酸中超声时间为0.5～2h。3.根据权利要求1所述的一种电沉积制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂的方法，其特征在于：所述步骤3中氮掺杂反应的反应温度为600～800℃，升温速率为每分钟2～5℃，反应时间为0.5～2h。4.根据权利要求1所述的一种电沉积制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂的方法，其特征在于：所述步骤5中在采用计时电流法电沉积前需向电解液中通20～50min氮气，预先配制的电解液为H2PtCl6·
6H2O(0.5～50mmol/L)和Co(NO3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：周健，
申请(专利权)人：陕西艾诺威邦信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：