CN102024965B - 一种提高燃料电池催化剂稳定性和催化剂利用率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高燃料电池催化剂稳定性和催化剂利用率的方法，属于燃料电池技术领域。本发明通过原位化学氧化聚合的方法在Pt/C催化剂的碳表面修饰一层具有共轭大π键结构的导电聚苯胺，一方面，利用聚苯胺与Pt纳米粒子之间的强相互作用阻止Pt纳米粒子在碳载体表面的迁移、团聚长大，提高催化剂的稳定性；另一方面，聚苯胺本身是优良的质子和电子导体同时具有优异的氧气渗透能力，将聚苯胺覆盖在碳载体表面可以增加Pt纳米粒子暴露在燃料电池三相反应界面的几率，提高催化剂的利用率。本发明方法简单易行，生产成本低廉，采用本发明制备的催化剂可应用于以质子交换膜为电解质的燃料电池。用本发明制造的燃料电池，广泛应用于电动汽车，各种航天器，便携式电子设备，如摄像机，笔记本电脑，电动玩具等。

Description

一种提高燃料电池催化剂稳定性和催化剂利用率的方法
一、技术领域：
本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及一种提高燃料电池催化剂稳定性和催化剂利用率的方法。
二、背景技术：
燃料电池具有能量转换效率高、环境友好、室温快速启动等优点，被认为是未来电动汽车及其它民用场合最有希望的化学电源。在燃料电池产业化的进程中，其成本问题和寿命问题一直是困扰其发展的核心问题。当前，燃料电池的成本居高不下的主要原因是贵金属Pt的大量使用，由于Pt的价格昂贵，资源匮乏，在未找到催化性能与Pt相媲美的非贵金属催化剂的情况下，降低Pt的用量、提高Pt的利用率已变得更为迫切。为了降低成本，Pt以纳米级颗粒的形式高分散在碳载体上，由于Pt与碳载体之间的电子结构差异性较大，只依靠弱相互作用黏附在一起，Pt纳米粒子很容易在载体表面迁移、团聚长大，致使催化剂表面积减小，活性降低。此外，高比表面的碳在燃料电池工作环境下，尤其是空气正极，容易腐蚀，进而导致催化剂的流失。因此，提高燃料电池催化剂的稳定性和催化剂利用率具有重要意义。
近年来国内外针对燃料电池催化剂的稳定性和利用率做了大量的研究。中国发明专利CN200710157375.9公开了“一种提高燃料电池催化剂稳定性的方法”，通过对碳载体进行高温热处理，使碳载体材料部分发生石墨化转变，提高碳载体的稳定性，然后对石墨化的碳载体进行酸处理，采用直接还原或乙二醇还原的方法将Pt负载在载体上。该方法通过石墨化处理来提高载体的稳定性，在一定程度上克服了由碳载体腐蚀而引起的催化剂流失问题。但是，该方法制备的催化剂仍然存在Pt与碳载体之间的结合力差、Pt纳米粒子容易在载体表面迁移、团聚长大、表面积减小、催化活性降低的问题，因而采用上述方法所得催化剂的稳定性仍然较差。中国发明专利CN200410030766.0公开了“燃料电池中聚合物负载催化剂电极及其制备方法”，以同时具有电子和质子双重导电性及高稳定性的高分子聚苯胺代替传统的碳材料作为分散催化剂Pt的载体，在一定程度上提高了Pt的分散度和催化剂的利用率。但是，该方法制备的Pt纳米粒子分散在聚苯胺表面，仍然存在Pt纳米粒子在载体表面迁移、团聚长大、表面积减小、催化活性降低的问题，因此催化剂的稳定性仍然较差。Yong-Tae Kim等通过在长链巯基化的多壁碳纳米管上沉积Pt，得到了每个巯基都结合有一个Pt原子的Pt单层(Yong-Tae Kim，et al，Adv.Mater.，2006，18：2634)。巯基对Pt有着非常强的结合力，可以起到防止Pt在载体表面迁移的作用，但也正是这种强的结合力，会导致Pt的活性大大降低，这就是我们常说的Pt硫中毒问题。如果直接用此催化剂催化甲醇氧化反应(MOR)，该催化剂对MOR是没有催化活性的。作者通过热处理的方法将巯基链除去，同时Pt也由单个的Pt原子团聚成Pt纳米簇，显示了对MOR很好的催化活性。然而，在该过程中，对Pt起强锚固作用的巯基已经去除，最后得到的Pt簇催化剂与传统催化剂一样，Pt颗粒容易烧结团聚(Yong-Tae Kim，et al，Angew.Chem.Int.Ed.2006，45：407)。
三、发明内容：
本发明的目的是针对现有Pt/C催化剂稳定性较差和催化剂利用率较低的缺点，提供一种提高燃料电池催化剂稳定性和催化剂利用率的方法。通过原位化学氧化聚合的方法在Pt/C催化剂的碳表面修饰一层具有共轭大π键结构的导电聚苯胺，一方面，利用聚苯胺与Pt纳米粒子之间的强相互作用阻止Pt纳米粒子在碳载体表面的迁移、团聚长大，提高催化剂的稳定性；另一方面，聚苯胺本身是优良的质子和电子导体同时具有优异的氧气渗透能力，将聚苯胺覆盖在碳载体表面可以增加Pt纳米粒子暴露在燃料电池三相反应界面的几率，提高催化剂的利用率。
本发明的目的是这样实现的：一种提高燃料电池催化剂稳定性和催化剂利用率的方法，其具体方法步骤包括
(1)、碳载体的功能化处理
称取1克市售Vulcan XC-72碳粉，加入150毫升体积比为1∶4的30％过氧化氢和浓硫酸的混合溶液中，超声振荡搅拌3小时后，用超纯水稀释，静置24小时后滤出上层清液，经多次离心洗涤，烘干，研磨后得到功能化的Vulcan XC-72碳粉。
(2)、制备Pt/C催化剂
按功能化的Vulcan XC-72碳粉∶氯铂酸的质量比为1∶1称取功能化的Vulcan XC-72碳粉和氯铂酸，以乙二醇为溶剂在超声波条件下振荡均匀，以质量浓度为5％的NaOH溶液调节pH值为11，然然后在氮气或氩气气氛保护下，于160℃下搅拌回流3小时后冷却至室温，将产物离心洗涤、烘干、研磨后得到Pt/C催化剂。
(3)、聚苯胺修饰Pt/C催化剂的原位合成
按Pt/C催化剂∶苯胺的质量比为1∶0.1～1称取Pt/C催化剂和苯胺，按苯胺∶过硫酸铵的摩尔比为1∶1～1.25称取过硫酸铵；先向pH值为0～3的酸性水溶液中加入苯胺，超声搅拌10～30分钟后，加入步骤(2)制备的Pt/C催化剂，继续超声搅拌1～4小时，待Pt/C催化剂分散均匀后，在0～25℃搅拌条件下，将溶解于pH值为0～3的酸性水溶液中的过硫酸铵缓慢滴加到Pt/C催化剂与苯胺的混合溶液中，滴加时间控制在10～30分钟，滴加完毕后，在0～25℃搅拌条件下，继续反应5～24小时；然后将产物离心洗涤，烘干，研磨后得到聚苯胺修饰Pt/C催化剂。
其中酸性水溶液为硫酸水溶液、盐酸水溶液和高氯酸水溶液的其中之一。
本发明采用上述技术方案后，主要有以下优点：
(1)、聚苯胺与Pt纳米粒子之间的强相互作用可以有效的阻止Pt纳米粒子在碳载体表面的迁移、团聚长大，提高催化剂的稳定性。
(2)、聚苯胺的物理化学性质十分稳定，将聚苯胺覆盖在碳载体表面可以在一定程度上避免碳载体直接暴露在燃料电池三相反应界面上，阻止碳载体在燃料电池工作环境下的氧化，提高催化剂的稳定性。
(3)、聚苯胺本身是优良的质子和电子导体同时具有优异的氧气渗透能力，将聚苯胺覆盖在碳载体表面可以增加Pt纳米粒子暴露在燃料电池三相反应界面的几率，提高催化剂的利用率。
本发明方法简单易行，生产成本低廉，采用本发明制备的聚苯胺修饰Pt/C催化剂可应用于以质子交换膜为电解质的燃料电池，如氢氧质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池等的气体电极。用本发明制造的燃料电池，广泛应用于电动汽车，各种航天器，便携式电子设备，如摄像机，笔记本电脑，电动玩具等。
四、附图说明：
图1为实施例1制备的聚苯胺修饰Pt/C催化剂在旋转圆盘电极上的循环伏案曲线图。
图中曲线1～4是以实施例1制备的聚苯胺修饰Pt/C催化剂为工作电极，银/氯化银电极为参比电极，铂环为对电极，氮气饱和0.5mol/L硫酸水溶液为电解液，扫描速度为50mV/s条件下的循环伏安曲线图。其中曲线1的扫描圈数为第1圈，曲线2的扫描圈数为第500圈，曲线3的扫描圈数为第1000圈，曲线4的扫描圈数为第1500圈。
图2为英国Jonhson-Matthey公司商业化Pt/C(铂质量百分比40％)催化剂在旋转圆盘电极上的循环伏案曲线图。
图中曲线1～4是以英国Jonhson-Matthey公司商业化Pt/C催化剂为工作电极，银/氯化银电极为参比电极，铂环为对电极，氮气饱和0.5mol/L硫酸水溶液为电解液，扫描速度为50mV/s条件下的循环伏安曲线图。其中曲线1的扫描圈数为第1圈，曲线2的扫描圈数为第500圈，曲线3的扫描圈数为第1000圈，曲线4的扫描圈数为第1500圈。
图3为实施例2所得催化剂和英国Jonhson-Matthey公司商业化Pt/C(铂质量百分比40％)催化剂的电化学表面积保持率随扫描圈数变化的情况。
图中：曲线1是以实施例2制备的聚苯胺修饰Pt/C催化剂的电化学表面积保持率随扫描圈数变化的情况；曲线2是英国Jonhson-Matthey公司商业化Pt/C催化剂的电化学表面积保持率随扫描圈数变化的情况。
图4为实施例3所得催化剂和英国Jonhson-Matthey公司商业化Pt/C(铂质量百分比40％)催化剂在旋转圆盘电极上的氧还原线性扫描曲线。
图中：曲线1是以实施例3制备的聚苯胺修饰Pt/C催化剂在1600转/分钟的催化氧还原线性扫描曲线；曲线2是英国Jonhson-Matthey公司商业化Pt/C(铂质量百分比40％)催化剂在1600转/分钟的催化氧还原线性扫描曲线。
图5为实施例4所得催化剂经过不同循环伏案圈数加速氧化后的单电池极化曲线。
图中曲线1～6是以实施例4制备的聚苯胺修饰Pt/C催化剂为负极组装成的单电池经过不同循环伏案圈数加速氧化后的电压-电流密度曲线，操作条件：电池温度60℃，以纯氢气为燃料，纯氧气为氧化剂，正负极背压均为100kPa，负极氢气流速200毫升/分钟，正极氧气流速250毫升/分钟。其中曲线1为初始电压-电流密度曲线，曲线2为经过1000圈数循环伏案加速氧化后的电压-电流密度曲线，曲线3为经过2000圈数循环伏案加速氧化后的电压-电流密度曲线，曲线4为经过3000圈数循环伏案加速氧化后的电压-电流密度曲线，曲线5为经过4000圈数循环伏案加速氧化后的电压-电流密度曲线，曲线6为经过5000圈数循环伏案加速氧化后的电压-电流密度曲线。
图6为英国Jonhson-Matthey公司商业化Pt/C(铂质量百分比40％)催化剂的经过不同循环伏案圈数加速氧化后的单电池极化曲线。
图中曲线1～6是以英国Jonhson-Matthey公司商业化Pt/C为负极组装成的单电池经过不同循环伏案圈数加速氧化后的电压-电流密度曲线，操作条件：电池温度60℃，以纯氢气为燃料，纯氧气为氧化剂，正负极背压均为100kPa，负极氢气流速200毫升/分钟，正极氧气流速250毫升/分钟。其中曲线1为初始电压-电流密度曲线，曲线2为经过1000圈数循环伏案加速氧化后的电压-电流密度曲线，曲线3为经过2000圈数循环伏案加速氧化后的电压-电流密度曲线，曲线4为经过3000圈数循环伏案加速氧化后的电压-电流密度曲线，曲线5为经过4000圈数循环伏案加速氧化后的电压-电流密度曲线，曲线6为经过5000圈数循环伏案加速氧化后的电压-电流密度曲线。
五、具体实施方式：
下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。
实施例1
(1)、碳载体的功能化处理
称取1克市售Vulcan XC-72碳粉，加入150毫升体积比为1∶4的30％过氧化氢和浓硫酸的混合溶液中，超声振荡搅拌3小时后，用超纯水稀释，静置24小时后滤出上层清液，经多次离心洗涤，烘干，研磨后得到功能化的碳载体。
(2)、制备Pt/C催化剂
按功能化的Vulcan XC-72碳粉∶氯铂酸的质量比为1∶1称取功能化的Vulcan XC-72碳粉和氯铂酸，以乙二醇为溶剂在超声波条件下振荡均匀，然后在氮气或氩气气氛保护下，于140℃下搅拌回流3小时后冷却至室温，将产物离心洗涤，烘干，研磨后得到Pt/C催化剂。
(3)、聚苯胺修饰Pt/C催化剂的原位合成
按Pt/C催化剂∶苯胺的质量比为1∶0.5称取Pt/C催化剂和苯胺，按苯胺∶过硫酸铵的摩尔比为1∶1.2称取过硫酸铵；先向pH值为1的硫酸水溶液中加入苯胺，超声搅拌20分钟后，加入步骤(2)制备的Pt/C催化剂，继续超声搅拌4小时，待Pt/C催化剂分散均匀后，在15℃搅拌条件下，将溶解于pH值为1的硫酸水溶液中的过硫酸铵缓慢滴加到Pt/C催化剂与苯胺的混合溶液中，滴加时间控制在20分钟，滴加完毕后，在15℃搅拌条件下，继续反应15小时；然后将产物离心洗涤，烘干，研磨后得到聚苯胺修饰Pt/C催化剂。
(4)聚苯胺修饰Pt/C催化剂的稳定性测试
称取2毫克第(3)步所制得的聚苯胺修饰Pt/C催化剂加入到200微升无水乙醇溶液中超声振荡10分钟分散均匀后，微量进样器吸取5微升滴于玻璃碳旋转圆盘电极上，60℃干燥后，再吸取5微升0.05％ Nafion溶液滴于催化层上，60℃下保持2小时。以此电极为工作电极，铂环电极和银/氯化银电极(Ag/AgCl)电极分别作为辅助电极和参比电极，在氮气饱和0.5mol/L的硫酸溶液中测试循环伏安曲线。扫描速率为50mV/s，扫描范围为-0.2～1V(vs.Ag/AgCl)，共计扫描1500圈，测试结果如图1所示。
实施例2
(3)、聚苯胺修饰Pt/C催化剂的原位合成
按Pt/C催化剂∶苯胺的质量比为1∶1称取Pt/C催化剂和苯胺，按苯胺∶过硫酸铵的摩尔比为1∶1称取过硫酸铵；先向pH值为0的盐酸水溶液中加入苯胺，超声搅拌10分钟后，加入步骤(2)制备的Pt/C催化剂，继续超声搅拌2小时，待Pt/C催化剂分散均匀后，在25℃搅拌条件下，将溶解于pH值为0的盐酸水溶液中的过硫酸铵缓慢滴加到Pt/C催化剂与苯胺的混合溶液中，滴加时间控制在10分钟，滴加完毕后，在25℃搅拌条件下，继续反应5小时；然后将产物离心洗涤，烘干，研磨后得到聚苯胺修饰Pt/C催化剂。
(4)聚苯胺修饰Pt/C催化剂的稳定性测试
称取2毫克第(3)步所制得的聚苯胺修饰Pt/C催化剂加入到200微升无水乙醇溶液中超声振荡10分钟分散均匀后，微量进样器吸取5微升滴于玻璃碳旋转圆盘电极上，60℃干燥后，再吸取5微升0.05％ Nafion溶液滴于催化层上，60℃下保持2小时。以此电极为工作电极，铂环电极和银/氯化银电极(Ag/AgCl)电极分别作为辅助电极和参比电极，在氮气饱和0.5mol/L的硫酸溶液中测试循环伏安曲线。扫描速率为50mV/s，扫描范围为-0.2～1V(vs.Ag/AgCl)，共计扫描1500圈。以循环伏安曲线中的氢吸/脱附面积(电位范围为-0.18～0.15V(vs.Ag/AgCl))来评价铂的电化学表面积，其电化学表面积保持率随扫描圈数变化的情况如图3曲线1所示。
实施例3
(3)、聚苯胺修饰Pt/C催化剂的原位合成
按Pt/C催化剂∶苯胺的质量比为1∶0.1称取Pt/C催化剂和苯胺，按苯胺∶过硫酸铵的摩尔比为1∶1.25称取过硫酸铵；先向pH值为0的高氯酸水溶液中加入苯胺，超声搅拌30分钟后，加入步骤(2)制备的Pt/C催化剂，继续超声搅拌1小时，待Pt/C催化剂分散均匀后，在10℃搅拌条件下，将溶解于pH值为0的高氯酸水溶液中的过硫酸铵缓慢滴加到Pt/C催化剂与苯胺的混合溶液中，滴加时间控制在30分钟，滴加完毕后，在10℃搅拌条件下，继续反应24小时；然后将产物离心洗涤，烘干，研磨后得到聚苯胺修饰Pt/C催化剂。
(4)聚苯胺修饰Pt/C催化剂在旋转圆盘电极上的氧还原性能测试
称取2毫克第(3)步所制得的聚苯胺修饰Pt/C催化剂加入到200微升无水乙醇溶液中超声振荡10分钟分散均匀后，微量进样器吸取5微升滴于玻璃碳旋转圆盘电极上，60℃干燥后，再吸取5微升0.05％ Nafion溶液滴于催化层上，60℃下保持2小时。以此电极为工作电极，铂环电极和银/氯化银电极(Ag/AgCl)电极分别作为辅助电极和参比电极，在氧气饱和的0.5mol/L的硫酸溶液中测试氧还原线性扫描曲线，扫描速率为2mV/s，旋转圆盘电极的转速为1600转/分钟，如图4曲线1所示。
实施例4
(3)、聚苯胺修饰Pt/C催化剂的原位合成
按Pt/C催化剂∶苯胺的质量比为1∶0.5称取Pt/C催化剂和苯胺，按苯胺∶过硫酸铵的摩尔比为1∶1称取过硫酸铵；先向pH值为3的硫酸水溶液中加入苯胺，超声搅拌20分钟后，加入步骤(2)制备的Pt/C催化剂，继续超声搅拌4小时，待Pt/C催化剂分散均匀后，在0℃搅拌条件下，将溶解于pH值为3的硫酸水溶液中的过硫酸铵缓慢滴加到Pt/C催化剂与苯胺的混合溶液中，滴加时间控制在20分钟，滴加完毕后，在0℃搅拌条件下，继续反应24小时；然后将产物离心洗涤，烘干，研磨后得到聚苯胺修饰Pt/C催化剂。
(4)聚苯胺修饰Pt/C催化剂在燃料电池中的加速氧化性能测试
以步骤(3)制备的聚苯胺修饰Pt/C催化剂为燃料电池正极，Jonhson-Matthey公司商业化Pt/C(铂质量百分比40％)催化剂为燃料电池负极，正负极的铂载量均为0.2mg cm-2。将Nafion112膜置于燃料电池正极和负极之间，在137℃和5兆帕压力下热压120秒后，取出冷却至室温，制得燃料电池的“膜电极”组件。
单电池性能测试条件：电池温度60℃，以纯氢气为燃料，纯氧气为氧化剂，正负极背压均为100kPa，负极氢气流速200毫升/分钟，正极氧气流速250毫升/分钟。
加速氧化实验操作条件：以正极为工作电极，负极分别作为辅助电极和参比电极，正极通入氮气，负极通入氢气，在电化学工作站上(CHI660B，上海辰华仪器公司)上进行循环伏安扫描，扫描速率为50mV/s，扫描范围为0～1.2V，每扫描1000圈后进行单电池性能测试，共计扫描5000圈，如图5所示。
对比实验
英国Jonhson-Matthey公司商业化Pt/C(铂质量百分比40％)催化剂的循环伏案测试同实施例1中步骤(4)，循环伏安曲线如图2所示；稳定性测试同实施例2中步骤(4)，电化学表面积保持率随扫描圈数变化的情况如图3曲线2所示；氧还原性能测试同实施例3中步骤(4)，氧还原线性扫描曲线对应图4中曲线2；燃料电池加速氧化性能测试同实施例4中步骤(4)，不同循环伏安圈数氧化后的单电池极化曲线对应图6。
本发明的试验结果：
从图3可以看出，经过1500圈循环伏案扫描后，采用本发明所制得的聚苯胺修饰Pt/C催化剂的氢吸/脱附区面积(图3曲线1)仅减少了30％，而英国Jonhson-Matthey公司商业化Pt/C催化剂的氢吸/脱附区面积(图2曲线2)则减小了83％，这表明聚苯胺修饰Pt/C催化剂比Jonhson-Matthey公司商业化Pt/C催化剂具有很高的电化学稳定性。燃料电池加速氧化实验也表明聚苯胺修饰Pt/C催化剂(图5)比Jonhson-Matthey公司商业化Pt/C催化剂(图6)具有更高的稳定性。
从图4中可以看出，聚苯胺修饰Pt/C催化剂的氧还原起始电位和半波电位比Jonhson-Matthey公司商业化Pt/C催化剂有了显著提高，这表明聚苯胺修饰Pt/C催化剂比Jonhson-Matthey公司商业化Pt/C催化剂的具有更高的氧还原活性。

Claims (6)

1.一种提高燃料电池催化剂稳定性和催化剂利用率的方法，其具体方法步骤包括
(1)、碳载体的功能化处理
称取1克市售Vulcan XC-72碳粉，加入150毫升体积比为1∶4的30％过氧化氢和浓硫酸的混合溶液中，超声振荡搅拌3小时后，用超纯水稀释，静置24小时后滤出上层清液，经多次离心洗涤，烘干，研磨后得到功能化的Vulcan XC-72碳粉；
(2)、制备Pt/C催化剂
按功能化的Vulcan XC-72碳粉∶氯铂酸的质量比为1∶1称取功能化的Vulcan XC-72碳粉和氯铂酸，以乙二醇为溶剂在超声波条件下振荡均匀，以质量浓度为5％的NaOH溶液调节pH值为11，然后在氮气或氩气气氛保护下，于160℃下搅拌回流3小时后冷却至室温，将产物离心洗涤、烘干、研磨后得到Pt/C催化剂；
其特征在于：
(3)、聚苯胺修饰Pt/C催化剂的原位合成
按Pt/C催化剂∶苯胺的质量比为1∶0.1～1称取Pt/C催化剂和苯胺，按苯胺∶过硫酸铵的摩尔比为1∶1～1.25称取过硫酸铵；先向pH值为0～3的酸性水溶液中加入苯胺，超声搅拌10～30分钟后，加入步骤(2)制备的Pt/C催化剂，继续超声搅拌1～4小时，待Pt/C催化剂分散均匀后，在0～25℃搅拌条件下，将溶解于pH值为0～3的酸性水溶液中的过硫酸铵缓慢滴加到Pt/C催化剂与苯胺的混合溶液中，滴加时间控制在10～30分钟，滴加完毕后，在0～25℃搅拌条件下，继续反应5～24小时；然后将产物离心洗涤，烘干，研磨后得到聚苯胺修饰Pt/C催化剂。
2.按照权利要求1所述的一种提高燃料电池催化剂稳定性和催化剂利用率的方法，其特征在于所述的酸性水溶液为硫酸水溶液、盐酸水溶液和高氯酸水溶液的其中之一。
3.按照权利要求1所述的一种提高燃料电池催化剂稳定性和催化剂利用率的方法，其特征在于具体制备方法的步骤(3)：
(3)、聚苯胺修饰Pt/C催化剂的原位合成
按Pt/C催化剂∶苯胺的质量比为1∶0.5称取Pt/C催化剂和苯胺，按苯胺∶过硫酸铵的摩尔比为1∶1.2称取过硫酸铵；先向pH值为1的硫酸水溶液中加入苯胺，超声搅拌20分钟后，加入步骤(2)制备的Pt/C催化剂，继续超声搅拌4小时，待Pt/C催化剂分散均匀后， 在15℃搅拌条件下，将溶解于pH值为1的硫酸水溶液中的过硫酸铵缓慢滴加到Pt/C催化剂与苯胺的混合溶液中，滴加时间控制在20分钟，滴加完毕后，在15℃搅拌条件下，继续反应15小时；然后将产物离心洗涤，烘干，研磨后得到聚苯胺修饰Pt/C催化剂。
4.按照权利要求1所述的一种提高燃料电池催化剂稳定性和催化剂利用率的方法，其特征在于具体制备方法的步骤(3)：
(3)、聚苯胺修饰Pt/C催化剂的原位合成
按Pt/C催化剂∶苯胺的质量比为1∶1称取Pt/C催化剂和苯胺，按苯胺∶过硫酸铵的摩尔比为1∶1称取过硫酸铵；先向pH值为0的盐酸水溶液中加入苯胺，超声搅拌10分钟后，加入步骤(2)制备的Pt/C催化剂，继续超声搅拌2小时，待Pt/C催化剂分散均匀后，在25℃搅拌条件下，将溶解于pH值为0的盐酸水溶液中的过硫酸铵缓慢滴加到Pt/C催化剂与苯胺的混合溶液中，滴加时间控制在10分钟，滴加完毕后，在25℃搅拌条件下，继续反应5小时；然后将产物离心洗涤，烘干，研磨后得到聚苯胺修饰Pt/C催化剂。
5.按照权利要求1所述的一种提高燃料电池催化剂稳定性和催化剂利用率的方法，其特征在于具体制备方法的步骤(3)：
(3)、聚苯胺修饰Pt/C催化剂的原位合成
按Pt/C催化剂∶苯胺的质量比为1∶0.1称取Pt/C催化剂和苯胺，按苯胺∶过硫酸铵的摩尔比为1∶1.25称取过硫酸铵；先向pH值为0的高氯酸水溶液中加入苯胺，超声搅拌30分钟后，加入步骤(2)制备的Pt/C催化剂，继续超声搅拌1小时，待Pt/C催化剂分散均匀后，在10℃搅拌条件下，将溶解于pH值为0的高氯酸水溶液中的过硫酸铵缓慢滴加到Pt/C催化剂与苯胺的混合溶液中，滴加时间控制在30分钟，滴加完毕后，在10℃搅拌条件下，继续反应24小时；然后将产物离心洗涤，烘干，研磨后得到聚苯胺修饰Pt/C催化剂。
6.按照权利要求1所述的一种提高燃料电池催化剂稳定性和催化剂利用率的方法，其特征在于具体制备方法的步骤(3)：
(3)、聚苯胺修饰Pt/C催化剂的原位合成
按Pt/C催化剂∶苯胺的质量比为1∶0.5称取Pt/C催化剂和苯胺，按苯胺∶过硫酸铵的摩尔比为1∶1称取过硫酸铵；先向pH值为3的硫酸水溶液中加入苯胺，超声搅拌20分钟后，加入步骤(2)制备的Pt/C催化剂，继续超声搅拌4小时，待Pt/C催化剂分散均匀后， 在0℃搅拌条件下，将溶解于pH值为3的硫酸水溶液中的过硫酸铵缓慢滴加到Pt/C催化剂与苯胺的混合溶液中，滴加时间控制在20分钟，滴加完毕后，在0℃搅拌条件下，继续反应24小时；然后将产物离心洗涤，烘干，研磨后得到聚苯胺修饰Pt/C催化剂。 
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107359356A (zh) * 2017-06-01 2017-11-17 南通大学 一种直接甲醇燃料电池阳极催化剂及制备方法
CN107403940A (zh) * 2017-06-01 2017-11-28 南通大学 一种新型直接甲醇燃料电池

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103394346A (zh) * 2013-08-15 2013-11-20 重庆大学 一种小尺寸高分散燃料电池催化剂的制备方法
CN103495432B (zh) * 2013-09-11 2016-12-07 重庆大学 一种高效稳定的燃料电池催化剂制备方法
CN105107541B (zh) * 2015-09-08 2017-11-10 重庆大学 一种高活性高稳定性燃料电池复合催化剂的制备方法
CN106887607A (zh) * 2015-12-15 2017-06-23 中国科学院大连化学物理研究所 一种化学分子修饰的Pt基电催化剂及其制备和应用
CN107069054A (zh) * 2017-05-18 2017-08-18 成都艾欧新能源科技有限公司 高效稳定的燃料电池催化剂材料制备方法
CN107634232B (zh) * 2017-09-18 2020-06-05 大连交通大学 憎水性质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法
CN110180588A (zh) * 2019-05-23 2019-08-30 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种电催化剂及其制备方法和应用
CN111129525B (zh) * 2019-12-30 2021-07-02 一汽解放汽车有限公司 一种燃料电池用碳载体、其制备方法和在燃料电池中的应用
CN110957496B (zh) * 2019-12-30 2021-08-06 一汽解放汽车有限公司 一种燃料电池催化剂、其制备方法和在燃料电池中的应用
CN111600039A (zh) * 2020-06-10 2020-08-28 昆明理工大学 一种Cl-N-C碳基催化剂的制备方法及应用
CN112993272B (zh) * 2021-03-26 2022-08-02 苏州弗尔赛能源科技股份有限公司 用于燃料电池的高分子复合扩散层、膜电极组件及其制备方法
CN113140840B (zh) * 2021-05-18 2022-09-30 中国科学技术大学 水系导电聚合物-氢气二次电池

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101003019A (zh) * 2007-01-15 2007-07-25 厦门大学 直接甲醇燃料电池阳极催化剂制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101003019A (zh) * 2007-01-15 2007-07-25 厦门大学 直接甲醇燃料电池阳极催化剂制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C. Liao et.al.Synergistic Effect of Polyaniline-Modified Pd/C Catalysts on Formic Acid Oxidation in a Weak Acid Medium (NH4)2SO4.《J. Phys. Chem》.2009,第113卷5705-5710. *
Hussein Gharibi et.al.Investigation of polyanilineimpregnation on the performance of gas diffusion electrode (GDE) in PEMFC using binary of Nafion and polyaniline nanofiber.《Journal of Power Sources》.2006,第157卷703-708. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107359356A (zh) * 2017-06-01 2017-11-17 南通大学 一种直接甲醇燃料电池阳极催化剂及制备方法
CN107403940A (zh) * 2017-06-01 2017-11-28 南通大学 一种新型直接甲醇燃料电池
CN107359356B (zh) * 2017-06-01 2019-09-17 南通大学 一种直接甲醇燃料电池阳极催化剂及制备方法
CN107403940B (zh) * 2017-06-01 2019-09-17 南通大学 一种直接甲醇燃料电池

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