本發(fā)明涉及直接醇類燃料電池催化劑的制備方法。

背景技術(shù)：

直接醇類燃料電池(DAFC)由于其具有能量密度高、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行溫度低等優(yōu)點(diǎn)而日益引起世界各地的科學(xué)工作者的興趣。然而現(xiàn)有直接醇類燃料電池催化劑性能衰降的原因中存在納米級(jí)活性組分Pt粒子中毒、醇類燃料傳輸受阻及催化劑制備成本高的問題；以甲醇燃料為例，甲醇氧化先從甲醇脫氫開始，產(chǎn)生CH₂OH等一系列中間產(chǎn)物，再進(jìn)一步氧化產(chǎn)生甲酸和吸附的CO_ads等物種，這些毒化物種將占據(jù)Pt的活性位(使其中毒)，阻礙甲醇的吸附氧化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的為了解決現(xiàn)有直接醇類燃料電池催化劑性能衰降的機(jī)理中存在的納米級(jí)活性組分Pt粒子中毒、醇類燃料傳輸受阻及催化劑制備成本高的問題，而提供了納米線片插層結(jié)構(gòu)擔(dān)載型直接醇類燃料電池催化劑的制備方法。

本發(fā)明中納米線片插層結(jié)構(gòu)擔(dān)載型直接醇類燃料電池催化劑的制備方法是按以下步驟實(shí)現(xiàn)：一、將石墨烯(GO)在氫氧化鈉溶液中分散開，然后緩慢的加入Cu(NO₃)₂，得到混合液，銅鹽可以為Cu(NO₃)₂、Cu(NO₃)₂·2.5H₂O、Cu(NO₃)₂·5H₂O；二、由于GO前體使Microwave(MW)能量轉(zhuǎn)化為熱量，所以用EDA和N₂H₄為介質(zhì)的改性MW加熱法處理上述混合物，銅納米線(CuNWs)直接生長在GO載體上，即得到CuNWs/GO結(jié)構(gòu)擔(dān)載型直接醇類燃料電池催化劑載體。載體還可以是摻雜N、P、S等無定形的非金屬和Fe₃O₄等過渡金屬氧化物的石墨。方法制備催化劑載體CuNWs/GO為層狀多孔結(jié)構(gòu)，表面孔隙豐富、比表面積較高。它具有更好的電子輸運(yùn)性能，可以讓電池具有更低的內(nèi)阻，提供了更短的離子擴(kuò)散距離，更高的電化學(xué)反應(yīng)活性，對(duì)充放電過程中的體積應(yīng)變有更大的承受力。另外多孔納米線片插層結(jié)構(gòu)有利于甲醇燃料的傳輸，進(jìn)而提高催化劑的活性和穩(wěn)定性。使用CuNWs/GO也較Pt便宜很多，從而大大降低了催化劑的制備成本。

本發(fā)明中納米線片插層結(jié)構(gòu)擔(dān)載型直接醇類燃料電池催化劑的制備方法還可按以下步驟實(shí)現(xiàn)：一、通過改進(jìn)的水熱浴法得到CeO₂納米線；二、通過改性的Hummer方法得到氧化石墨(GO)載體；三、將步聚一和二得到的CeO₂、GO溶解在水和乙醇的混合溶液中，超聲，然后將最后的混合溶液倒入內(nèi)襯聚四氟乙烯的高壓釜在一定溫度下加熱一段時(shí)間，最后經(jīng)過冷卻、清洗、干燥處理后，即得到CeO₂/GO結(jié)構(gòu)擔(dān)載型直接醇類燃料電池催化劑載體。載體還可以是摻雜N、P、S等無定形的非金屬和Fe₃O₄過渡金屬氧化物的石墨。納米線可以為二氧化鈦納米線，F(xiàn)e、Co等氧化物納米線等。該方法制備載體為層狀多孔結(jié)構(gòu)，表面孔隙豐富、比表面積較高。所制備的載體CeO₂/GO等不僅有利于Pt的沉積和含氧中間物種的脫附，其更有利于甲酸的氧化，并且可以將甲酸經(jīng)過一步直接氧化成CO₂，這樣可以有效越過甲酸氧化成中間物種COOH進(jìn)而生成CO₂這一步，因此大大提高了催化劑的抗毒化作用。另外多孔層狀結(jié)構(gòu)有利于甲醇燃料的傳輸，進(jìn)而提高催化劑的活性和穩(wěn)定性。使用GO等元素也較Pt便宜很多，從而大大降低了催化劑的制備成本。

附圖說明

圖1是CeO₂/GO復(fù)合型催化劑的低倍率掃描電鏡圖

具體實(shí)施方式

為更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例所表示的范圍。

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式中納米線片插層結(jié)構(gòu)擔(dān)載型直接醇類燃料電池催化劑的制備方法是按以下步驟實(shí)現(xiàn)：一、將石墨烯(GO)在氫氧化鈉溶液中分散開，然后緩慢的加入Cu(NO₃)₂，再加入EDA超聲30min，最后逐滴加入35％的N₂H₄得到混合液，銅鹽可以為Cu(NO₃)₂、Cu(NO₃)₂·2.5H₂O、Cu(NO₃)₂·5H₂O；二、將步驟一得到的混合液倒入50ml的石英皿中，MW加熱80℃加熱30min；三、將產(chǎn)品冷卻至室溫，用水和乙醇清洗，最后在低溫下離心、干燥，即得到CuNWs/GO結(jié)構(gòu)擔(dān)載型直接醇類燃料電池催化劑載體。載體還可以是摻雜N、P、S等無定形的非金屬和Fe₃O₄等過渡金屬氧化物的石墨。方法制備催化劑載體CuNWs/GO為層狀多孔結(jié)構(gòu)，表面孔隙豐富、比表面積較高。它具有更好的電子輸運(yùn)性能，可以讓電池具有更低的內(nèi)阻，提供了更短的離子擴(kuò)散距離，更高的電化學(xué)反應(yīng)活性，對(duì)充放電過程中的體積應(yīng)變有更大的承受力。另外多孔納米線片插層結(jié)構(gòu)有利于甲醇燃料的傳輸，進(jìn)而提高催化劑的活性和穩(wěn)定性。使用CuNWs/GO也較Pt便宜很多，從而大大降低了催化劑的制備成本。

該方法制備催化劑載體CuNWs/GO為層狀多孔結(jié)構(gòu)，表面孔隙豐富、比表面積較高。它具有更好的電子輸運(yùn)性能，可以讓電池具有更低的內(nèi)阻，提供了更短的離子擴(kuò)散距離，更高的電化學(xué)反應(yīng)活性，對(duì)充放電過程中的體積應(yīng)變有更大的承受力。另外多孔納米線片插層結(jié)構(gòu)有利于甲醇燃料的傳輸，進(jìn)而提高催化劑的活性和穩(wěn)定性。使用CuNWs/GO也較Pt便宜很多，從而大大降低了催化劑的制備成本。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：步驟一所述Cu(NO₃)₂為Cu(NO₃)₂·2.5H₂O、Cu(NO₃)₂·5H₂O。它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二不同的是：步驟一所述Cu(NO₃)₂為CuCl₂。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是：步驟二中加微波熱方式為直接加熱；直接加熱所需時(shí)間為30～40min；其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式一至三之一相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一不同的是：步驟三離心分離速度為10000～12000轉(zhuǎn)/分鐘。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式一至四之一相同。

具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式中納米線片插層結(jié)構(gòu)擔(dān)載型直接醇類燃料電池催化劑的制備方法還可按以下步驟實(shí)現(xiàn)：一、通過改進(jìn)的水浴法得到CeO₂納米線，納米線可以為二氧化鈦納米線，F(xiàn)e、Co納米線等；二、通過改性的Hummer方法得到氧化石墨(GO)載體，載體還可以是摻雜N、P、S等無定形的非金屬和Fe等過渡金屬的石墨；三、將步聚一和二得到的CeO₂、GO溶解在水和乙醇的混合溶液中，超聲，然后將最后的混合溶液倒入內(nèi)襯聚四氟乙烯的高壓釜在一定溫度下，最后經(jīng)過冷卻、清洗、干燥處理后，即得到CeO₂/GO結(jié)構(gòu)擔(dān)載型直接醇類燃料電池催化劑載體。

該方法制備催化劑為層狀多孔結(jié)構(gòu)，表面孔隙豐富、比表面積較高。所制備的催化劑CeO₂/GO等不僅有利于Pt的沉積和含氧中間物種的產(chǎn)生，其更有利于甲酸的氧化，并且可以將甲酸經(jīng)過一步直接氧化成CO₂，這樣可以有效越過甲酸經(jīng)過氧化成中間物種COOH進(jìn)而生成CO₂這一步，因此大大提高了催化劑的抗毒化作用。另外多孔層狀結(jié)構(gòu)有利于甲醇燃料的傳輸，進(jìn)而提高催化劑的活性和穩(wěn)定性。使用GO等元素也較Pt便宜很多，從而大大降低了催化劑的制備成本。

具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式六不同的是：步驟一中水熱法為熱方式為：采用Telfon水熱釜在200℃烘箱中30h。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式六相同。

具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式六至七不同的是：步驟三中超聲處理的工作頻率為53kHz，超聲處理時(shí)間為30～120分鐘，功率為112-280W。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式六至七相同。