CN108054399A - 一种甲醇燃料电池催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种甲醇燃料电池催化剂及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108054399A
CN108054399A CN201711373761.1A CN201711373761A CN108054399A CN 108054399 A CN108054399 A CN 108054399A CN 201711373761 A CN201711373761 A CN 201711373761A CN 108054399 A CN108054399 A CN 108054399A
Authority
CN
China
Prior art keywords
catalyst
fuel cell
electrode
methanol fuel
preparation
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.)
Pending
Application number
CN201711373761.1A
Other languages
English (en)
Inventor
丁轶
田苗苗
印会鸣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University of Technology
Original Assignee
Tianjin University of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University of Technology filed Critical Tianjin University of Technology
Priority to CN201711373761.1A priority Critical patent/CN108054399A/zh
Publication of CN108054399A publication Critical patent/CN108054399A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • 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
    • H01M4/8853—Electrodeposition
    • 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
    • H01M4/921—Alloys or mixtures with metallic elements
    • 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)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明提供一种甲醇燃料电池催化剂及其制备方法，属于燃料电池催化剂技术领域。甲醇燃料电池催化剂，包括催化剂内核和附着于催化剂内核外的催化剂外壳，催化剂内核为多孔金属，催化剂外壳为PtRu合金。其制备方法，包括如下步骤：以多孔金属作为工作电极、石墨电极作为对电极置于水溶性Pt盐和Ru盐混合溶液内。电连接石墨电极和多孔金属电极，在温度为2～80℃的条件下电沉积0.1～5h。此制备方法简单，制备的催化剂具有较高的活性与稳定性，催化剂的工作寿命长并降低了催化剂的制造成本。

Description

一种甲醇燃料电池催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及燃料电池催化剂技术领域，具体而言，涉及一种甲醇燃料电池催化剂及其制备方法。
背景技术
燃料电池是将化学能转换成电能的装置，由于具有较高的能源转换效率，且对环境无污染，在节能减排的大环境背景下，能源危机日益威胁到人类的生活环境，故而新能源技术的开发迫在眉睫。在燃料电池里，其基本原理是阳极的燃料分子在催化剂作用下分解，产生的阳离子通过质子交换膜通往阴极，阳极产生的电子通过外电路到达阴极，阴极的阳离子与外电路到达的电子在阴极催化剂的发生氧化还原反应，在整个过程中，阴阳极发生的化学反应能够有效的转换换成电能，而产物只有二氧化碳与水，两者均是无毒无污染的产物，作为燃料分子可以是液态的甲醇，甲酸与乙醇分子，也可以是氢气，但是氢氧燃料电池面临着氢能存储与运输等难题，相比之下，甲醇等液体燃料电池在燃料的来源方面受到越来越多的科研工作者的重视。因此，开发利用价格低廉、来源丰富、储存、携带和添加都很方便的甲醇作为燃料的直接甲醇燃料电池(DMFC)，可满足在智能手机、笔记本、便携式通讯和医疗设备等移动电源方面的便携式电子设备日益提高的高能耗需求，最有可能替代和补充目前广泛使用的二次电池而成为理想的移动电源。
传统的燃料电池用电催化剂多为碳载型Pt基纳米颗粒催化剂，即活性组分以纳米颗粒的形式担载在高比表面碳基载体材料上，在碳载型粉末催化剂中，活性组分与载体之间只存在物理吸附作用，在使用过程中铂基纳米粒子很容易在载体表面迁移、团聚长大，造成催化剂活性表面积降低，进而导致燃料电池在使用过程中性能逐渐下降，工作寿命缩短、可靠性下降。此外，粉末催化剂在作为电极材料使用时需与导质子的nafion树脂、导电的碳粉混合后喷涂到碳纸上，催化剂颗粒必须与导质子体、导电子体同时接触才能将反应中产生的质子和电子传导出去，因此，该工艺容易导致部分催化剂颗粒与nafion树脂或碳粉接触不良、不能发挥效用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种甲醇燃料电池催化剂，具有较高的活性与稳定性，催化剂的工作寿命长并降低催化剂的成本。
本发明的另一目的在于提供一种甲醇燃料电池催化剂的制备方法，其制备方法简单易行，得到的催化剂具有较高的活性与稳定性，催化剂的工作寿命长并降低催化剂的成本。
本发明是采用以下技术方案实现的：
一种甲醇燃料电池催化剂，包括催化剂内核和附着于催化剂内核外的催化剂外壳，催化剂内核为多孔金属，催化剂外壳为PtRu合金。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述多孔金属为Au、Cu或Ni。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述多孔金属的孔径为5～50nm。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述PtRu合金中，Pt元素与Ru元素的摩尔比为：16/1～1/2。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述甲醇燃料电池催化剂为薄膜结构，甲醇燃料电池催化剂的厚度为100～1000nm。
一种甲醇燃料电池催化剂的制备方法，包括如下步骤：
以多孔金属作为工作电极、石墨电极作为对电极置于水溶性Pt盐和Ru盐混合溶液内；
电连接石墨电极和多孔金属电极，在温度为2～80℃的条件下电沉积0.1～5h。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述电沉积方法为脉冲恒电位法，参比电极为可逆氢电极，脉冲电位1为-0.3～0.5V，持续时间0.01～3s；脉冲电位2为开路电位，持续时间1～3min，脉冲电位1和脉冲电位2依次运行作为一个循环，循环次数为10～100次。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述电沉积方法为脉冲恒电流法，参比电极为可逆氢电极，脉冲电流1为0.1～10mA，持续时间0.01～3s；脉冲电流2为0，持续时间1～3min；脉冲电流1和脉冲电流2依次运行作为一个循环，循环次数为10～100次。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述电沉积方法为线性扫描伏安法，参比电极为可逆氢电极，扫描区间为开路电位～0V，扫描方向是负扫，扫速为0.05～1V/s，循环次数为1～100次。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述Pt盐和Ru盐混合溶液中包括摩尔比为16/1～1/2的氯铂酸溶液和氯化钌溶液。
本发明的较佳实施例提供的甲醇燃料电池催化剂的有益效果是：甲醇燃料电池催化剂是一类具有三维双连续结构的宏观尺度金属功能材料，内核为多孔金属，外壳为PtRu合金，由连续的纳米尺度金属韧带与连通的纳米尺度孔道嵌合构成，形成薄膜结构。从多孔金属的结构特性看，其作为燃料电池电极催化剂独具优势，连续的金属韧带是良好的电子导体；连通的孔道结构可为传质提供通畅渠道，纳米多孔结构显著提高催化剂的比表面积即反应活性位点。因此，采用多孔金属作为衬底制备的仅表层含Pt的核壳结构电极材料可显著提高贵金属Pt的利用率，降低催化剂的成本，PtRu合金化可提高催化活性和稳定性，最终获得兼具高活性、高稳定性和低Pt载量的电极材料。
本发明提供的甲醇燃料电池催化剂的制备方法的有益效果是：在电沉积的过程中，将氯铂酸和氯化钌混合溶液内的铂原子和钌原子共同沉积在多孔金属的表面，直接在多孔金属的表面形成PtRu合金，其制备方法简单，得到的催化剂具有较高的活性与稳定性，催化剂的工作寿命长并降低了催化剂的生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本发明的保护范围。
图1为本发明的甲醇燃料电池催化剂的催化活性示意图；
图2为本发明的甲醇燃料电池催化剂的电池释放电性能的效果示意图；
图3为本发明的甲醇燃料电池催化剂的XRD图；
图4为本发明的甲醇燃料电池催化剂不同放大倍数的透射电镜照片。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的甲醇燃料电池催化剂及其制备方法进行具体说明。
甲醇燃料电池催化剂，包括催化剂内核和附着于催化剂内核外的催化剂外壳，催化剂内核为多孔金属，催化剂外壳为PtRu合金。
甲醇燃料电池催化剂是一类具有三维双连续结构的宏观尺度金属功能材料，内核为多孔金属，外壳为PtRu合金，由连续的纳米尺度金属韧带与连通的纳米尺度孔道嵌合构成，形成薄膜结构。从多孔金属的结构特性看，其作为燃料电池电极催化剂独具优势，连续的金属韧带是良好的电子导体；连通的孔道结构可为传质提供通畅渠道，纳米多孔结构显著提高催化剂的比表面积即反应活性位点。因此，采用多孔金属作为衬底制备的仅表层含Pt的核壳结构电极材料可显著提高贵金属Pt的利用率，降低催化剂的成本，PtRu合金化可提高催化活性和稳定性，最终获得兼具高活性、高稳定性和低Pt载量的电极材料。
同时，本发明的甲醇燃料电池催化剂，对甲醇电氧化反应表现出很高的电催化活性和抗CO中毒能力，采用该材料作为阳极用于直接甲醇燃料电池时，在电池性能相当的情况下，本发明的甲醇燃料电池催化剂中的Pt载量是现有的催化剂PtRu/C的20％，Pt的利用率得到大幅提升。
本实施例中，多孔金属为Au、Cu或Ni，使用较为普遍。但不限于这些种类，多孔金属为二元合金中，通过脱合金方法反应以后，二元合金中较活泼的金属去除，剩余的那一种金属，即二元合金中较不活泼的金属作为多孔金属，来作为甲醇燃料电池催化剂的内核。
多孔金属的孔径为5～50nm，达到纳米尺寸，显著提高催化剂的比表面积即反应活性位点，使甲醇燃料电池催化剂的催化活性更高。
PtRu合金中，Pt元素与Ru元素的摩尔比为：16/1～1/2。能够在使用相对较少Pt金属的条件下保证甲醇燃料电池催化剂具有较强的活性，进一步增大Pt金属的利用率。
甲醇燃料电池催化剂为薄膜结构，甲醇燃料电池催化剂的厚度为100～1000nm，宏观尺度薄膜材料的纳米级金属韧带，可迅速转移反应产生电子，使甲醇燃料电池催化剂的催化活性更高。
上述甲醇燃料电池催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)去除二元合金中较为活泼的金属得到多孔金属；
本实施例中，二元合金为AuAg、AuCu、AuAl、CuAl、CuZn或NiAl。
优选地，将二元合金置于酸溶液或碱溶液中反应0.1～48h得到多孔金属；将两种金属制成的金属合金通过在酸溶液中反应或者碱溶液中反应去除较为活泼的金属，得到多孔金属，多孔金属中只含有两种金属中较不活泼的金属成分。
本实施例中，将AuAg合金或AuCu合金放入酸性溶液中进行反应，去除较为活泼的Ag或Cu金属，能够得到纳米多孔的Au金属。优选地，酸溶液的H+浓度为0.1～16mol/L。去除较为活泼的金属使用的酸溶液的浓度较低，去除较为不活泼的金属使用的酸溶液的浓度较高，根据金属的特性，调节酸溶液的浓度。更佳地，酸溶液为HNO3、HCl或H2SO4。这几种酸溶液的较为常见，价格较低，本发明中使用其他能够反应的酸溶液也可。
本实施例中，将CuAl合金、NiAl合金或AuAl合金放入碱溶液中进行反应，去除较为活泼的Al金属，能够得到纳米多孔的Cu金属、纳米多孔的Ni金属或纳米多孔的Au金属。优选地，碱溶液的OH-浓度为0.1～20mol/L。碱溶液浓度直接影响Al的去除速度，从而影响反应产物纳米多孔Au、Cu或Ni的金属韧带和孔洞的尺寸，可根据对目标产物纳米多孔金属形貌结构的需求，调节碱溶液的浓度。更佳地，碱溶液为NaOH或KOH。这两种碱溶液的较为常见，碱性较强，价格较低，本发明中使用其他能够反应的碱溶液也可。
本实施例中，上述合金都可以进行电化学腐蚀，较为活泼的金属被氧化进入电解液中，得到纳米多孔金属。具体地，以二元合金薄膜作为工作电极，可逆氢电极作为参比电极，碳板作为对电极，在电解质溶液中以0～1V恒电位腐蚀0.1～1h，去除合金中较为活泼的金属，得到多孔金属。
本发明中，若二元合金为Au基合金，则溶液中电解质选择类型不限，获得纳米多孔Au。如果二元合金为Cu基或Ni基合金，则溶液中电解质选择中性或碱性化合物，获得纳米多孔Cu或Ni。
本发明中，多孔金属可以使用上述方法进行制备，也可以购买制备好的多孔金属，上述方法不对本发明构成限制，本发明不限定多孔金属获得的方式。
(2)以多孔金属作为工作电极、石墨电极作为对电极置于水溶性Pt盐和Ru盐混合溶液内；
优选地，Pt盐和Ru盐混合溶液中包括摩尔比为16/1～1/2的氯铂酸溶液和氯化钌溶液，两种溶液的比例不同，从而使催化剂外壳的PtRu合金中两种金属的摩尔比为16/1～1/2，能够在使用相对较少Pt金属的条件下保证甲醇燃料电池催化剂具有较强的活性，进一步增大Pt金属的利用率，降低制造成本。
电连接石墨电极和多孔金属电极，在温度为2～80℃的条件下电沉积0.1～5h。使氯铂酸和氯化钌混合溶液中的Pt和Ru共同沉积在多孔金属内核的表面，形成PtRu合金外壳，即多孔金属表面沉积的是PtRu合金，而不是单独的Pt金属和Ru金属混合在一起，通过PtRu合金的沉积，使甲醇燃料电池催化剂的催化活性更高。
本实施例中，电沉积方法为脉冲恒电位法，参比电极为可逆氢电极，脉冲电位1选择范围为-0.3～0.5V，持续时间0.01～3s；脉冲电位2为开路电位，持续时间1～3min，脉冲电位1和脉冲电位2依次运行作为一个循环，循环次数为10～100次。即，在氯铂酸和氯化钌混合溶液中，以多孔金属薄膜作为工作电极，可逆氢电极作为参比电极，碳板作为对电极，在温度为2～80℃的条件下循环脉冲10～100次，使氯铂酸和氯化钌混合溶液中的Pt和Ru共同沉积在多孔金属内核的表面形成PtRu合金外壳。
电沉积方法为脉冲恒电流法，参比电极为可逆氢电极，脉冲电流1可选范围为0.1～10mA，持续时间0.01～3s；脉冲电流2为0，持续时间1～3min；脉冲电流1和脉冲电流2依次运行作为一个循环，循环次数为10～100次。即，在氯铂酸和氯化钌混合溶液中，以多孔金属薄膜作为工作电极，可逆氢电极作为参比电极，碳板作为对电极，在温度为2～80℃的条件下循环脉冲10～100次，使氯铂酸和氯化钌混合溶液中的Pt和Ru共同沉积在多孔金属内核的表面形成PtRu合金外壳。
电沉积方法为线性扫描伏安法，参比电极为可逆氢电极，扫描区间为开路电位～0V，扫描方向是负扫，扫速为0.05～1V/s，循环次数为1～100次。即，在氯铂酸和氯化钌混合溶液中，以多孔金属薄膜作为工作电极，可逆氢电极作为参比电极，碳板作为对电极，在温度为2～80℃的条件下循环扫描1～100次，使氯铂酸和氯化钌混合溶液中的Pt和Ru共同沉积在多孔金属内核的表面形成PtRu合金外壳。
实施例
一种甲醇燃料电池催化剂，包括催化剂内核和附着于催化剂内核外的催化剂外壳，催化剂内核为多孔金属，催化剂外壳为PtRu合金。具体地，如表1
表1催化剂的类型
上述甲醇燃料电池催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将二元合金置于反应溶液中反应得到多孔金属，其反应条件如表2，
表2制备多孔金属
金属合金 反应溶液 外加电位/V 反应时间/h
第一种 AuAg 16mol/L的HNO3 - 0.1
第二种 AuCu 10mol/L的H2SO4 - 1
第三种 AuAl 1mol/L HNO3电解液 0.1 0.5
第四种 AuCu 1mol/LKNO3电解液 1 0.1
第五种 CuAl 20mol/L的NaOH - 4
第六种 CuZn 1mol/LKNO3电解液 0.5 1
第七种 CuAl 0.5mol/L的KOH - 30
第八种 NiAl 1mol/L KOH电解液 0.2 0.8
第九种 NiAl 0.1mol/L的NaOH - 48
第十种 NiAl 20mol/L的NaOH - 0.5
(2)将多孔金属作为工作电极、可逆氢电极作为参比电极、石墨电极作为对电极置于氯铂酸和氯化钌混合溶液内，电连接石墨电极、可逆氢电极和多孔金属电极，后进行电沉积，其条件如表3和表4，
表3脉冲恒电位或恒电流法制备甲醇燃料电池催化剂
表4线性扫描伏安法制备甲醇燃料电池催化剂
实验例1
将实施例制备的甲醇燃料电池催化剂贴到玻璃碳电极表面作为工作电极，以饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，碳板作为对电极，在含有1M甲醇的0.5M硫酸溶液中进行循环伏安(CV)扫描，扫速50mV/s，电位范围-0.24～0.96V(参照SCE)，得到CV曲线如图2，图2为不同内核和外壳的甲醇燃料电池催化剂的甲醇电氧化CV曲线，其中NPG表示纳米多孔Au，NPC表示纳米多孔Cu，NPN表示纳米多孔Ni，Pt、Ru下标表示其摩尔比，RHE表示可逆氢电极，PtRu/C为现有的甲醇电氧化催化剂。从图中可以看出，甲醇燃料电池催化剂的甲醇电氧化峰的峰值电流即其电催化剂活性均高于现有的PtRu/C催化剂。
实验例2
将实施例制备的甲醇燃料电池催化剂作为阳极，现有催化剂Pt/C作为阴极，Nafion膜115作为电解质膜制成膜电极并组装成单电池进行电池性能的测试，其中，阳极进料为2M甲醇溶液2mL/min，阴极进料为氧气100mL/min，电池温度分别设定为30℃、60℃和80℃，检测以后得到图2，其中，a、b图分别采用自制的NPG-Pt4Ru1(NPG表示纳米多孔Au，Pt、Ru下标表示其摩尔比)甲醇燃料电池催化剂和现有PtRu/C催化剂作为阳极材料，其中自制催化剂Pt载量为0.2mg/cm2，现有催化剂Pt载量为1mg/cm2,阴极为现有Pt/C催化剂，Pt载量为4mg/cm2，电解质膜为Nafion 115膜，使用油压机在134℃、100kg/cm2热压3min，制得膜电极，阴极氧气流量为100mL/min，阳极甲醇浓度为1M，流速2mL/min，分别在30℃，60℃，80℃进行燃料电池释放电性能测试；从图2中可以看出，低Pt载量的NPG-Pt4Ru1薄膜表现出比PtRu/C更高的电池放电性能。
实验例3
图3为NPG-Pt4Ru4(NPG表示纳米多孔Au，Pt、Ru下标表示其摩尔比)的XRD图，图3中可以看出，图下方竖线分别为Au、Pt、Ru的标准XRD衍射线，金属衬底的强衍射峰可一一对应到Au的不同晶面，表面颗粒的衍射峰为标注A、B的两个峰，两个衍射峰与铂或钌单金属的衍射峰均不同，但与铂原子的衍射峰比较接近，所以，得到的A、B衍射峰为PtRu合金衍射峰，所以，通过电沉积的方式沉积在多孔金属表面的PtRu合金为二元合金结构，而不是简单的两种金属分开沉积在多孔金属的表面，从而使甲醇燃料电池催化剂的催化活性更高。
实验例4
将实施例制备的甲醇燃料电池催化剂在透射电镜下进行拍摄，得到图4，图4为甲醇燃料电池催化剂不同放大倍数的透射电镜照片，其中，a为多孔金属的透射电镜照片，b、c和d分别为甲醇燃料电池催化剂不同放大倍数的透射电镜照片，从图4可以看出，甲醇燃料电池催化剂具有三维双连续的纳米多孔结构，韧带尺寸不大于30nm，表面均匀沉积直径为2～4nm的纳米颗粒。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种甲醇燃料电池催化剂，其特征在于，包括催化剂内核和附着于所述催化剂内核外的催化剂外壳，所述催化剂内核为多孔金属，所述催化剂外壳为PtRu合金。
2.根据权利要求1所述的甲醇燃料电池催化剂，其特征在于，所述多孔金属为Au、Cu或Ni。
3.根据权利要求2所述的甲醇燃料电池催化剂，其特征在于，所述多孔金属的孔径为5～50nm。
4.根据权利要求1所述的甲醇燃料电池催化剂，其特征在于，所述PtRu合金中，Pt元素与Ru元素的摩尔比为：16/1～1/2。
5.根据权利要求1所述的甲醇燃料电池催化剂，其特征在于，所述甲醇燃料电池催化剂为薄膜结构，所述甲醇燃料电池催化剂的厚度为100～1000nm。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的甲醇燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
以所述多孔金属作为工作电极、石墨电极作为对电极置于水溶性铂盐和钌盐混合溶液内；
电连接所述石墨电极和所述多孔金属电极，在温度为2～80℃的条件下电沉积0.1～5h。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述电沉积方法为脉冲恒电位法，参比电极为可逆氢电极，脉冲电位1为-0.3～0.5V，持续时间0.01～3s；脉冲电位2为开路电位，持续时间1～3min，所述脉冲电位1和所述脉冲电位2依次运行作为一个循环，循环次数为10～100次。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述电沉积方法为脉冲恒电流法，参比电极为可逆氢电极，脉冲电流1为0.1～10mA，持续时间0.01～3s；脉冲电流2为0，持续时间1～3min；所述脉冲电流1和所述脉冲电流2依次运行作为一个循环，循环次数为10～100次。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述电沉积方法为线性扫描伏安法，参比电极为可逆氢电极，扫描区间为开路电位～0V，扫描方向是负扫，扫速为0.05～1V/s，循环次数为1～100次。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，Pt盐和Ru盐混合溶液中包括摩尔比为16/1～1/2的氯铂酸溶液和氯化钌溶液。
CN201711373761.1A 2017-12-19 2017-12-19 一种甲醇燃料电池催化剂及其制备方法 Pending CN108054399A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711373761.1A CN108054399A (zh) 2017-12-19 2017-12-19 一种甲醇燃料电池催化剂及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711373761.1A CN108054399A (zh) 2017-12-19 2017-12-19 一种甲醇燃料电池催化剂及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108054399A true CN108054399A (zh) 2018-05-18

Family

ID=62133897

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711373761.1A Pending CN108054399A (zh) 2017-12-19 2017-12-19 一种甲醇燃料电池催化剂及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108054399A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101157043A (zh) * 2007-09-26 2008-04-09 山东大学 一种核壳型纳米多孔金属催化剂及其制备方法
CN101332425A (zh) * 2008-08-04 2008-12-31 山东大学 纳米多孔金担载超薄铂系金属薄膜催化剂及其制备方法
CN103409780A (zh) * 2013-08-13 2013-11-27 山东大学 一种对纳米多孔金进行表面合金修饰的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101157043A (zh) * 2007-09-26 2008-04-09 山东大学 一种核壳型纳米多孔金属催化剂及其制备方法
CN101332425A (zh) * 2008-08-04 2008-12-31 山东大学 纳米多孔金担载超薄铂系金属薄膜催化剂及其制备方法
CN103409780A (zh) * 2013-08-13 2013-11-27 山东大学 一种对纳米多孔金进行表面合金修饰的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KUG-SEUNG LEE等: ""PtRu-Modified Au Nanoparticles as Electrocatalysts for Direct Methanol Fuel Cells"", 《JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Holey platinum nanotubes for ethanol electrochemical reforming in aqueous solution
Gao et al. Nickle-cobalt composite catalyst-modified activated carbon anode for direct glucose alkaline fuel cell
EP1771903B1 (en) Ruthenium-rhodium alloy electrode catalyst and fuel cell comprising the same
Cao et al. A direct NaBH4–H2O2 fuel cell using Ni foam supported Au nanoparticles as electrodes
CN105552393B (zh) 一种碱性水系金属/空气电池用双功能催化剂及其制备方法
Irfan et al. High-performance glucose fuel cell with bimetallic Ni–Co composite anchored on reduced graphene oxide as anode catalyst
Xiao et al. Synthesizing nanoparticles of Co-P-Se compounds as electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction
Geng et al. Borohydride electrochemical oxidation on carbon-supported Pt-modified Au nanoparticles
CN106058277B (zh) 一种燃料电池用PdAu电催化剂及其制备方法
CN106058274A (zh) 一种燃料电池用PtCu电催化剂，制备方法及其应用
CN103191757B (zh) 一种PdNiW/C三元合金纳米催化剂及其制备方法
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
CN112007670A (zh) 一种非晶纳米颗粒析氧催化剂
CN108746659B (zh) 一种花状AgPd纳米合金及制备和使用方法
TWI398402B (zh) 製備鉑及鉑基合金奈米顆粒之電鍍液與其方法
CN114477163A (zh) 铁/氮共掺杂单原子碳催化剂及其制备方法
CN102881917B (zh) 一种PdMg/C纳米催化剂及其制备方法
CN106953104B (zh) 一种以还原氧化石墨烯为载体的Ni@Au@Pd三层核壳结构的电催化剂及其制备方法
CN110354870B (zh) 一种高性能的银掺杂的硫化钴析氧催化剂的制备方法及其应用
CN115228474B (zh) 一种用于碱性条件下析氧反应的金属胶体催化剂及其制备方法和应用
CN114807967B (zh) 一种Ir修饰的Ni/NiO多孔纳米棒阵列全解水催化剂的制备方法
CN108892773B (zh) 一种卟啉聚合物纳米材料、其制备方法及应用
CN102814177B (zh) 一种用于直接甲醇燃料电池催化剂的制备方法及直接甲醇燃料电池
Ipadeola et al. Controlling the Synthesis Protocols of Palladium‐Based Nanostructures for Enhanced Electrocatalytic Oxidation of Carbon Monoxide: A Mini‐Review
CN113774425B (zh) 一种Ru修饰FeCo@NF电催化剂的制备方法及应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180518