CN107180973A - 燃料电池阴极催化材料的制备方法 - Google Patents

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杨鸣
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Abstract

本发明公开了燃料电池阴极催化材料的制备方法，A：将醋酸锌溶液与碳纳米管水热反应，得到ZnO/碳纳米管载体；B:取氯铂酸与过渡铁系金属盐前驱体水溶液搅拌均匀；C：向B中溶液加入硼氢化钠水溶液还原前驱体，得到Pt催化剂；D：制备带有胶粘层的四合一离型基膜；E：利用精密静电喷粉机将ZnO/碳纳米管载体喷在的离型膜带上形成ZnO/碳纳米管载体催化剂载体层；F：将Pt催化剂溅射到ZnO/碳纳米管载体层上，得催化剂载体膜。本发明的催化剂制备方法，通过在碳纳米管上负载ZnO颗粒，使得催化剂具有抑菌的功能，同时采用纳米管负载可以提高ZnO颗粒的装载率，同时增大了载体的表面积，提高了催化剂的催化活性。

Description

燃料电池阴极催化材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种制备方法，具体涉及燃料电池阴极催化材料的制备方法。
背景技术
燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。但是，它需要电极和电解质以及氧化还原反应才能发电。随着能源短缺、环境污染等问题的加剧，以及储氢材料和电催化剂开发方面的重大突破，未来电动汽车极有可能大规模投入使用。燃料电池以其零污染、高转化率等优势逐步成为电动汽车的主要动力来源。
微生物燃料电池(MFC)的特点是从微生物氧化分解有机底物的自然生理代谢过程中提取能量，进行生物发电；是一项全新的、绿色环保的能源技术，是各国新能源开发和利用的重要战略，具有很好的应用前景。但是，附着生长能力强的异养微生物仍然会利用成分复杂的有机废水或污泥中的基质，在阴极催化剂表面形成生物膜，其中细菌的增殖、代谢与衰亡会消耗阴极表面大量O2，进而给阳极产电菌活性、电子传递、质子迁移造成阻碍，最终造成O2催化还原反应效率与催化剂活性大大降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是附着生长能力强的异养微生物仍然会利用成分复杂的有机废水或污泥中的基质，在阴极催化剂表面形成生物膜，其中细菌的增殖、代谢与衰亡会消耗阴极表面大量O2，进而给阳极产电菌活性、电子传递、质子迁移造成阻碍，最终造成O2催化还原反应效率与催化剂活性大大降低，目的在于提供燃料电池阴极催化材料的制备方法，通过在碳纳米管上负载ZnO颗粒，使得催化剂具有抑菌的功能，同时采用纳米管负载可以提高ZnO颗粒的装载率，同时增大了载体的表面积，提高了催化剂的催化活性。
本发明通过下述技术方案实现：
燃料电池阴极催化材料的制备方法，包括如下步骤，A：将醋酸锌溶液与碳纳米管放入反应釜中于200～220℃水热反应8h，将产物离心洗涤、烘干得到ZnO/碳纳米管载体；B:取氯铂酸H2PtCl6·6H2O水溶液与过渡铁系金属盐前驱体水溶液，加入柠檬酸钠保护剂，搅拌均匀；C：向B中溶液加入硼氢化钠水溶液还原前驱体，抽滤，将滤饼洗涤干净，真空干燥，研磨后得到Pt催化剂；D：制备带有胶粘层的四合一离型基膜，在离型基膜的两个侧面分别涂覆一层硅油离型层，然后在其中一个硅油离型层表面再涂覆一层胶粘层；E：利用精密静电喷粉机将步骤A中制备的ZnO/碳纳米管载体喷在步骤D中制备的离型膜带有胶粘层的一侧，形成ZnO/碳纳米管载体催化剂载体层；F通过真空磁控溅射技术将Pt催化剂溅射到ZnO/碳纳米管载体层上，得到催化剂载体膜；G利用剥离机将步骤F中得到催化剂载体膜从离型基膜上剥离，超声清洗后于120℃下进行真空干燥。
本发明的的催化剂制备方法，通过在碳纳米管上负载ZnO颗粒，使得催化剂具有抑菌的功能，同时采用纳米管负载可以提高ZnO颗粒的装载率，同时增大了载体的表面积，提高了催化剂的催化活性。Zn作为人体的微量元素之一，大量的研究表明其具有良好的抑菌性能，可以抑制多种细菌的繁殖与生长，从而提高阳极产电菌活性、电子传递、质子迁移的能力，从而提高催化剂的催化活性。
所述的过渡铁系金属盐前驱体水溶液指溶质为FeCl3·6H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O之一的水溶液。
所述醋酸锌溶液的浓度为0.1mol/L。
真空干燥的条件是于60～80℃真空干燥4～6h。
所述的氯铂酸与过渡铁系金属盐的摩尔比为0.5:1～2:1。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明燃料电池阴极催化材料的制备方法，通过在碳纳米管上负载ZnO颗粒，使得催化剂具有抑菌的功能，同时采用纳米管负载可以提高ZnO颗粒的装载率，同时增大了载体的表面积，提高了催化剂的催化活性；
2、本发明燃料电池阴极催化材料的制备方法，Zn作为人体的微量元素之一，大量的研究表明其具有良好的抑菌性能，可以抑制多种细菌的繁殖与生长，从而提高阳极产电菌活性、电子传递、质子迁移的能力，从而提高催化剂的催化活性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
本发明燃料电池阴极催化材料的制备方法，包括如下步骤，A：将醋酸锌溶液与碳纳米管放入反应釜中于200～220℃水热反应8h，将产物离心洗涤、烘干得到ZnO/碳纳米管载体；B:取氯铂酸H2PtCl6·6H2O水溶液与过渡铁系金属盐前驱体水溶液，加入柠檬酸钠保护剂，搅拌均匀；C：向B中溶液加入硼氢化钠水溶液还原前驱体，抽滤，将滤饼洗涤干净，真空干燥，研磨后得到Pt催化剂；D：制备带有胶粘层的四合一离型基膜，在离型基膜的两个侧面分别涂覆一层硅油离型层，然后在其中一个硅油离型层表面再涂覆一层胶粘层；E：利用精密静电喷粉机将步骤A中制备的ZnO/碳纳米管载体喷在步骤D中制备的离型膜带有胶粘层的一侧，形成ZnO/碳纳米管载体催化剂载体层；F通过真空磁控溅射技术将Pt催化剂溅射到ZnO/碳纳米管载体层上，得到催化剂载体膜；G利用剥离机将步骤F中得到催化剂载体膜从离型基膜上剥离，超声清洗后于120℃下进行真空干燥。
本发明的的催化剂制备方法，通过在碳纳米管上负载ZnO颗粒，使得催化剂具有抑菌的功能，同时采用纳米管负载可以提高ZnO颗粒的装载率，同时增大了载体的表面积，提高了催化剂的催化活性。Zn作为人体的微量元素之一，大量的研究表明其具有良好的抑菌性能，可以抑制多种细菌的繁殖与生长，从而提高阳极产电菌活性、电子传递、质子迁移的能力，从而提高催化剂的催化活性。
优选的，所述的过渡铁系金属盐前驱体水溶液指溶质为FeCl3·6H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O之一的水溶液。
优选的，所述醋酸锌溶液的浓度为0.1mol/L。
优选的，真空干燥的条件是于60～80℃真空干燥4～6h。
优选的，所述的氯铂酸与过渡铁系金属盐的摩尔比为0.5:1～2:1。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.燃料电池阴极催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，A：将醋酸锌溶液与碳纳米管放入反应釜中于200～220℃水热反应8h，将产物离心洗涤、烘干得到ZnO/碳纳米管载体；B:取氯铂酸H2PtCl6·6H2O水溶液与过渡铁系金属盐前驱体水溶液，加入柠檬酸钠保护剂，搅拌均匀；C：向B中溶液加入硼氢化钠水溶液还原前驱体，抽滤，将滤饼洗涤干净，真空干燥，研磨后得到Pt催化剂；D：制备带有胶粘层的四合一离型基膜，在离型基膜的两个侧面分别涂覆一层硅油离型层，然后在其中一个硅油离型层表面再涂覆一层胶粘层；E：利用精密静电喷粉机将步骤A中制备的ZnO/碳纳米管载体喷在步骤D中制备的离型膜带有胶粘层的一侧，形成ZnO/碳纳米管载体催化剂载体层；F：通过真空磁控溅射技术将Pt催化剂溅射到ZnO/碳纳米管载体层上，得到催化剂载体膜；G：利用剥离机将步骤F中得到催化剂载体膜从离型基膜上剥离，超声清洗后于120℃下进行真空干燥。
2.根据权利要求1所述的燃料电池阴极催化材料的制备方法，其特征在于，所述的过渡铁系金属盐前驱体水溶液指溶质为FeCl3·6H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O之一的水溶液。
3.根据权利要求1所述的燃料电池阴极催化材料的制备方法，其特征在于，所述醋酸锌溶液的浓度为0.1mol/L。
4.根据权利要求1所述的燃料电池阴极催化材料的制备方法，其特征在于，真空干燥的条件是于60～80℃真空干燥4～6h。
5.根据权利要求1所述的燃料电池阴极催化材料的制备方法，其特征在于，所述的氯铂酸与过渡铁系金属盐的摩尔比为0.5:1～2:1。
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