CN104538642B - 一种直接甲醇燃料电池硫掺杂碳纳米管载Pt催化剂及其制备方法 - Google Patents
一种直接甲醇燃料电池硫掺杂碳纳米管载Pt催化剂及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104538642B CN104538642B CN201410770433.5A CN201410770433A CN104538642B CN 104538642 B CN104538642 B CN 104538642B CN 201410770433 A CN201410770433 A CN 201410770433A CN 104538642 B CN104538642 B CN 104538642B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- catalyst
- mwcnts
- preparation
- sulfur doping
- sulfur
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
- H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种直接甲醇燃料电池硫掺杂碳纳米管载Pt催化剂及其制备方法,制备方法包括如下步骤:1)制备PEDOT功能化MWCNTs复合材料;2)制备硫掺杂MWCNTs复合材料;3)得到硫掺杂MWCNTs载Pt催化剂。这种制备方法工艺简单、操作条件温和可控,沉积的Pt纳米颗粒尺寸小、电化学活性表面积高且在硫掺杂MWCNTs上分散均匀,这种方法制备的催化剂对甲醇氧化表现出电催化活性好、稳定性高和抗CO毒化能力强的特性。
Description
技术领域
本发明涉及电催化和燃料电池领域,具体是一种直接甲醇燃料电池硫掺杂碳纳米管载Pt催化剂及其制备方法。
背景技术
目前,直接甲醇燃料电池阳极电催化剂较高的成本和较低的电催化性能仍是阻碍其大规模商业化应用的主要因素。因此,如何提高催化剂中贵金属Pt的利用效率和电催化性能一直是该领域研究的热点问题。
电催化剂中Pt纳米颗粒的尺寸、分散度和利用效率与所用的催化剂载体及其表面性质密切相关。尽管碳载Pt基电催化剂被广泛用作直接甲醇燃料电池的阳极电极材料,但由于受载体碳黑中孔尺寸小、电化学稳定性差等因素的影响,该催化剂的低Pt利用效率和较差的电催化性能仍不能令人满意。碳纳米管具有优良的导电性、较高的比表面积和稳定性等独特的物理和化学性质,而在燃料电池电催化剂制备领域受到了广泛关注。然而,结构完整的碳纳米管化学稳定性高,其表面呈惰性状态,缺乏足够的表面活性位点来固定催化剂前驱体,从而导致催化剂纳米颗粒的不均匀分散和团聚,这显然给碳纳米管基燃料电池催化剂的构建带来了极大的困难。因此,活化碳纳米管表面以改善其表面性质和分散性能仍然是人们面临的一大挑战。
碳纳米管的强酸氧化处理过程通常被用来引入含氧基团而活化碳纳米管表面。然而,此法将不可避免地破坏碳纳米管的石墨结构而降低其导电性和腐蚀电阻。近年来的研究发现,在碳纳米管表面上引入外来掺杂原子是增强其表面沉积金属纳米颗粒活性的一种有效途径。目前,尽管有较多的文献报道了外来原子(如:N,B,P和S等)掺杂的碳纳米管复合材料的制备,但所制得材料一般均用作燃料电池的阴极电催化剂来研究其对氧还原反应的活性。有关掺杂碳纳米管复合材料用作燃料电池阳极电催化剂载体的研究文献报道不多,主要涉及如下的几篇文献报道:(1) 2009年《Electrochimica Acta》报道了N掺杂碳纳米管载PtRu纳米颗粒催化剂对甲醇电催化氧化性能的研究;(2) 2012年《ElectrochemistryCommunications》和《Catalysis Communications》分别报道了P掺杂碳纳米管载Pt催化剂在酸性和碱性介质中对甲醇的电催化氧化性能。(3) 2012年《Physical ChemistryChemical Physics》报道了B掺杂碳纳米管载Pt纳米颗粒催化剂对甲醇电催化氧化的性能;(4) 2011年《International Journal of Hydrogen Energy》报道了N掺杂碳纳米管载Pt-SnO2复合催化剂分别对氧还原反应和甲醇氧化反应的电催化性能研究;(5) 2013年《International Journal of Hydrogen Energy》报道了N掺杂碳纳米管载Ru修饰Pt纳米颗粒催化剂对甲醇氧化的电催化性能;(6) 2014年《Journal of Catalysis》报道了N掺杂碳纳米管上原子层沉积的PtRu催化剂的甲醇氧化反应电催化活性。然而,上述的掺杂碳纳米管复合材料大多采用化学气相沉积(CVD)法制备,通过对聚-3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)功能化碳纳米管进行热处理来制备S掺杂碳纳米管复合材料并将其应用于燃料电池阳极电催化剂载体的研究尚未见文献和专利报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种直接甲醇燃料电池硫掺杂碳纳米管载Pt催化剂及其制备方法,这种制备方法工艺简单,操作条件温和可控;这种方法制备的催化剂对甲醇氧化表现出电催化活性好、稳定性高和抗CO毒化能力强的特性。
实现本发明目的的技术方案是:
一种直接甲醇燃料电池硫掺杂碳纳米管载Pt催化剂的制备方法,其特征是,包括如下步骤:
1)在装有三次蒸馏水的容器中加入20 mg酸化的多壁碳纳米管(MWCNTs)、十二烷基硫酸钠(SDS)和20~300 µL 3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)单体,室温下搅拌2小时后逐滴加入5 mg mL−1的(NH4)2S2O8水溶液,再连续搅拌24小时,所得产物经离心、洗涤和真空干燥后,得到PEDOT功能化MWCNTs复合材料;
2)将PEDOT功能化MWCNTs样品,置于管式炉中在氮气保护下热处理3小时,得到硫掺杂MWCNTs复合材料;
3)在20 mL乙二醇中加入质量比为Pt/硫掺杂MWCNTs = 1/4的硫掺杂MWCNTs和19.3 mM的H2PtCl6溶液,超声处理2小时后移入25 mL反应釜中,90℃反应24小时,反应产物经离心、洗涤和真空干燥后,得到硫掺杂MWCNTs载Pt催化剂。
步骤2)中的热处理的温度为300℃~1000℃,优选的热处理的温度为800℃。
应用上述的直接甲醇燃料电池硫掺杂碳纳米管载Pt催化剂的制备方法得到的催化剂。
这种制备直接甲醇燃料电池用阳极电催化剂的方法以热处理PEDOT功能化MWCNTs来制备硫掺杂MWCNTs复合材料,然后以硫掺杂MWCNTs为载体通过溶剂热反应的途径在其表面沉积Pt纳米颗粒,制得硫掺杂MWCNTs载Pt催化剂。这种制备方法工艺简单、操作条件温和可控,沉积的Pt纳米颗粒尺寸小、电化学活性表面积高且在硫掺杂MWCNTs上分散均匀,这种方法制备的催化剂对甲醇氧化表现出电催化活性好、稳定性高和抗CO毒化能力强的特性。
附图说明
图1为实施例中制备方法的流程方框示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步的阐述,但不是对本发明的限定。
实施例:
如图1所示,一种直接甲醇燃料电池硫掺杂碳纳米管载Pt催化剂的制备方法,包括如下步骤:
1)在装有三次蒸馏水的容器中加入20 mg酸化的多壁碳纳米管(MWCNTs)、十二烷基硫酸钠(SDS)和20~300 µL 3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)单体,室温下搅拌2小时后逐滴加入5 mg mL−1的(NH4)2S2O8水溶液,再连续搅拌24小时,所得产物经离心、洗涤和真空干燥后,得到PEDOT功能化MWCNTs复合材料;
2)将PEDOT功能化MWCNTs复合材料样品,置于管式炉中在氮气保护下热处理3小时,得到硫掺杂MWCNTs复合材料;
3)在20 mL乙二醇中加入质量比为Pt/硫掺杂MWCNTs = 1/4的硫掺杂MWCNTs和19.3 mM的H2PtCl6,超声处理2小时后移入25 mL反应釜中,90℃反应24小时,反应产物经离心、洗涤和真空干燥后,得到硫掺杂MWCNTs载Pt催化剂。
步骤1)中的搅拌为磁力搅拌,洗涤为分别以无水乙醇和三次蒸馏水洗涤。
步骤2)中的热处理的温度为300℃~1000℃,本例温度为800℃。
步骤3)中的洗涤为以三次蒸馏水洗涤。
应用上述制备方法得到直接甲醇燃料电池硫掺杂碳纳米管载Pt催化剂。
TEM分析表明,该催化剂中Pt纳米颗粒的平均尺寸为2.37 nm,明显小于同样条件下制备的酸化MWCNTs载Pt催化剂中Pt纳米颗粒的尺寸(3.88 nm)、且在硫掺杂MWCNTs上分散均匀。
通过循环伏安法和计时电流法比较了所制备的硫掺杂MWCNTs载Pt、酸化MWCNTs载Pt和商业Pt/C催化剂的电化学性质以及对甲醇氧化的电催化性能,结果表明,硫掺杂MWCNTs载Pt催化剂具有较高的电化学活性表面积,其对甲醇氧化的电催化活性分别为酸化MWCNTs载Pt和商业Pt/C催化剂的1.9和2.6倍。此外,硫掺杂MWCNTs载Pt催化剂还表现出优良的甲醇氧化电化学稳定性。
通过电化学CO溶出伏安法比较了所制备的硫掺杂MWCNTs载Pt、酸化MWCNTs载Pt和商业Pt/C催化剂的抗CO毒化的性能,结果指出,CO在硫掺杂MWCNTs载Pt催化剂上的起始氧化电位分别比酸化MWCNTs载Pt和商业Pt/C催化剂负移了20和50 mV,这表明硫掺杂MWCNTs载Pt催化剂具有优良的抗CO毒化的能力。
Claims (4)
1.一种直接甲醇燃料电池硫掺杂碳纳米管载Pt催化剂的制备方法,其特征是,包括如下步骤:
1)在装有三次蒸馏水的容器中加入20 mg酸化的多壁碳纳米管(MWCNTs)、十二烷基硫酸钠(SDS)和20~300 µL 3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)单体,室温下搅拌2小时后逐滴加入5mg mL−1的(NH4)2S2O8水溶液,再连续搅拌24小时,所得产物经离心、洗涤和真空干燥后,得到PEDOT功能化MWCNTs复合材料,所述PEDOT为聚3,4-乙烯二氧噻吩;
2)将PEDOT功能化MWCNTs样品,置于管式炉中在氮气保护下热处理3小时,得到硫掺杂MWCNTs复合材料;
3)在20 mL乙二醇中加入质量比为Pt/硫掺杂MWCNTs = 1/4的硫掺杂MWCNTs和19.3 mM的H2PtCl6溶液,超声处理2小时后移入25 mL反应釜中,90℃反应24小时,反应产物经离心、洗涤和真空干燥后,得到硫掺杂MWCNTs载Pt催化剂。
2.根据权利要求1所述的直接甲醇燃料电池硫掺杂碳纳米管载Pt催化剂的制备方法,其特征是,步骤2)中的热处理的温度为300℃~1000℃。
3.根据权利要求1所述的直接甲醇燃料电池硫掺杂碳纳米管载Pt催化剂的制备方法,其特征是,步骤2)中的热处理的温度为800℃。
4.一种直接甲醇燃料电池硫掺杂碳纳米管载Pt催化剂,其特征是,其由权利要求1-3任一项所述制备方法制得。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410770433.5A CN104538642B (zh) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | 一种直接甲醇燃料电池硫掺杂碳纳米管载Pt催化剂及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410770433.5A CN104538642B (zh) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | 一种直接甲醇燃料电池硫掺杂碳纳米管载Pt催化剂及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104538642A CN104538642A (zh) | 2015-04-22 |
CN104538642B true CN104538642B (zh) | 2017-01-18 |
Family
ID=52854137
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410770433.5A Active CN104538642B (zh) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | 一种直接甲醇燃料电池硫掺杂碳纳米管载Pt催化剂及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104538642B (zh) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106179411B (zh) * | 2016-07-07 | 2019-01-08 | 浙江工业大学 | 一种硫掺杂碳材料负载贵金属催化剂及其应用 |
CN108610794A (zh) * | 2016-12-27 | 2018-10-02 | 天津众华鑫环保科技有限公司 | 一种暖气片底部的碳纳米管甲醛消除涂层的制备方法 |
CN108539219B (zh) * | 2018-05-07 | 2021-03-23 | 广西师范大学 | 一种硫氮共掺杂碳纳米管载PtCu合金催化剂及其制备方法与应用 |
CN108878911B (zh) * | 2018-06-19 | 2021-06-08 | 广西师范大学 | 一种基于低共熔溶剂的氮掺杂碳纳米管载Pt催化剂及其制备方法与应用 |
CN109817998A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-05-28 | 岭南师范学院 | 一种S掺杂碳材料负载Pt复合催化剂及其制备方法和应用 |
CN109698356B (zh) * | 2018-12-27 | 2022-04-29 | 中科廊坊过程工程研究院 | 一种正极材料改性剂及其制备方法和应用 |
CN109904474A (zh) * | 2019-03-18 | 2019-06-18 | 中国科学技术大学 | 一种硫掺杂的导电炭黑载体及其制备方法和硫掺杂的导电炭黑负载的铂基催化剂及其应用 |
CN109994319B (zh) * | 2019-04-11 | 2020-11-27 | 合肥工业大学 | 一种氮硫共掺杂的生物质衍生碳材料及其合成方法与应用 |
CN110034307A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-07-19 | 广西师范大学 | 一种氧还原Cu-N-S掺杂多孔碳催化剂及其制备方法与应用 |
CN115911424B (zh) * | 2022-12-01 | 2023-08-15 | 广州烯湾氢能科技有限公司 | 贵金属/碳催化剂及其制备方法、燃料电池 |
CN116845253B (zh) * | 2023-06-27 | 2024-01-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种质子交换膜燃料电池催化层三相界面的调控方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100409472C (zh) * | 2004-11-25 | 2008-08-06 | 中国科学院理化技术研究所 | 用于燃料电池的碳纳米管载铂催化剂及其制备方法 |
CN100462142C (zh) * | 2007-01-15 | 2009-02-18 | 厦门大学 | 直接甲醇燃料电池阳极催化剂制备方法 |
CN102250324B (zh) * | 2011-05-20 | 2012-09-12 | 中国科学院理化技术研究所 | 聚(3,4-二氧乙基)噻吩包覆碳纳米管的复合材料的制备方法 |
US20120028170A1 (en) * | 2011-06-09 | 2012-02-02 | Nahid Sarlak | Electrocatalyst of carbon nanotubes encapsulating platinum group metal nanoparticles for fuel cells |
-
2014
- 2014-12-15 CN CN201410770433.5A patent/CN104538642B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104538642A (zh) | 2015-04-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104538642B (zh) | 一种直接甲醇燃料电池硫掺杂碳纳米管载Pt催化剂及其制备方法 | |
Dector et al. | Glycerol oxidation in a microfluidic fuel cell using Pd/C and Pd/MWCNT anodes electrodes | |
Zhou et al. | High efficient electrocatalytic oxidation of methanol on Pt/polyindoles composite catalysts | |
Singh et al. | Electrocatalytic activity of binary and ternary composite films of Pd, MWCNT and Ni, Part II: methanol electrooxidation in 1 M KOH | |
Wu et al. | Nitrogen-doped graphene supported highly dispersed palladium-lead nanoparticles for synergetic enhancement of ethanol electrooxidation in alkaline medium | |
Zhang et al. | Highly active and durable Pt/MXene nanocatalysts for ORR in both alkaline and acidic conditions | |
Baronia et al. | Electro-oxidation of ethylene glycol on PtCo metal synergy for direct ethylene glycol fuel cells: reduced graphene oxide imparting a notable surface of action | |
CN105070924B (zh) | 一种直接甲醇燃料电池硫化钼功能化碳纳米管载Pt催化剂及其制备方法 | |
Heydari et al. | Fabrication of electrocatalyst based on nitrogen doped graphene as highly efficient and durable support for using in polymer electrolyte fuel cell | |
CN103413951A (zh) | 氮掺杂石墨烯负载Pt基合金纳米电催化剂及其制备方法 | |
Chiang et al. | Effects of surface chemical states of carbon nanotubes supported Pt nanoparticles on performance of proton exchange membrane fuel cells | |
Merati et al. | Electrochemically synthesized polypyrrole/MWCNTs-Al2O3 ternary nanocomposites supported Pt nanoparticles toward methanol oxidation | |
CN104607186B (zh) | 基于低共熔溶剂的多壁碳纳米管载PdSn催化剂及其制备方法与应用 | |
CN108878911A (zh) | 一种基于低共熔溶剂的氮掺杂碳纳米管载Pt催化剂及其制备方法与应用 | |
CN108539219A (zh) | 一种硫氮共掺杂碳纳米管载PtCu合金催化剂及其制备方法与应用 | |
Zhu et al. | Microwave heated polyol synthesis of carbon supported PtAuSn/C nanoparticles for ethanol electrooxidation | |
Daryakenari et al. | Highly efficient electrocatalysts fabricated via electrophoretic deposition for alcohol oxidation, oxygen reduction, hydrogen evolution, and oxygen evolution reactions | |
Cui et al. | Mo2N/C hybrid material as a promising support for the electro-oxidation of methanol and formic acid | |
Keertheeswari et al. | Platinum nanoparticles/phosphotungstic acid nanorods anchored poly (diphenylamine) nanohybrid coated electrode as a superior electro-catalyst for oxidation of methanol | |
CN110034307A (zh) | 一种氧还原Cu-N-S掺杂多孔碳催化剂及其制备方法与应用 | |
Roudbari et al. | Nitrogen functionalized carbon nanotubes as a support of platinum electrocatalysts for performance improvement of ORR using fuel cell cathodic half-cell | |
Karimi et al. | Application of quasihexagonal Pt@ PdS2-MWCNT catalyst with high electrochemical performance for electro-oxidation of methanol, 2-propanol, and glycerol alcohols for fuel cells | |
Duraisamy et al. | Novel palladium-decorated molybdenum carbide/polyaniline nanohybrid material as superior electrocatalyst for fuel cell application | |
Jafri et al. | Au–MnO2/MWNT and Au–ZnO/MWNT as oxygen reduction reaction electrocatalyst for polymer electrolyte membrane fuel cell | |
Yu et al. | A robust electrocatalytic activity and stability of Pd electrocatalyst derived from carbon coating |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |