CN110277564B - 一种直接液体燃料电池阳极催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种直接液体燃料电池阳极催化剂及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110277564B
CN110277564B CN201910550328.3A CN201910550328A CN110277564B CN 110277564 B CN110277564 B CN 110277564B CN 201910550328 A CN201910550328 A CN 201910550328A CN 110277564 B CN110277564 B CN 110277564B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electric field
polar electric
core
field functional
shell structure
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
Application number
CN201910550328.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110277564A (zh
Inventor
胡硕真
罗国铭
蒋惠
张新胜
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.)
East China University of Science and Technology
Original Assignee
East China University of Science and 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 East China University of Science and Technology filed Critical East China University of Science and Technology
Priority to CN201910550328.3A priority Critical patent/CN110277564B/zh
Publication of CN110277564A publication Critical patent/CN110277564A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110277564B publication Critical patent/CN110277564B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • 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
    • H01M4/9075—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/9083—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • 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)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

本发明给出了一种直接液体燃料电池阳极用极性电场功能核壳结构催化剂及其制备方法，涉及电化学催化材料领域。所述核壳结构催化剂以极性电场功能材料为核，以导电碳为外壳，在外壳上负载钯基或铂基催化剂。该核壳结构催化剂在直接液体燃料电池操作条件下，由于内核材料自身微观结构的低对称性或通过吸收外界热量而形成极性电场，作用于电解质溶液中的水分子，使其实时分解生成氢氧根，与催化剂表面吸附的一氧化碳发生反应，降低钯基或铂基催化剂中毒的可能性，从而提高催化剂的稳定性和使用寿命。

Description

一种直接液体燃料电池阳极催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及直接液体燃料电池的阳极催化剂，具体涉及一种直接液体燃料电池阳极用极性电场功能核壳结构催化剂及其制备方法。
背景技术
直接液体燃料电池（DLFC）由于使用液态有机小分子为燃料，如甲醇、甲酸等，拥有质子交换膜燃料电池的操作温度低、室温启动快、无电解质流失等优势，可避免氢氧燃料电池中因使用氢气而带来的安全隐患，且燃料资源丰富、价格低廉，同时DLFC无需通过有机小分子燃料的外重整处理，系统结构简单，操作方便，便于携带和贮存，可应用于多种领域，如：手机、笔记本电脑，甚至军事、航空等。然而，与氢氧燃料电池相比，DLFC的主要缺点是功率密度较小和使用寿命较短，尤其是使用寿命问题，制约了其商业化应用。影响DLFC使用寿命的主要因素之一是阳极催化剂的稳定性较差。导致催化剂稳定性差的原因主要为：在电氧化液体有机小分子的过程中会产生一氧化碳（CO）并吸附在催化剂表面，使催化剂中毒而失活。及时清除催化剂表面CO可能是有效的方法，其途径主要是通过实时产生OH根与CO发生反应，生成CO2与H。目前采取的措施主要是在催化剂中引入容易使水解离的物质，如金属氧化物CeO2或TiO2、金属氢氧化物Ni(OH)2、金属磷化物Ni2P、或金属单质铱（Ir），等。这些物质在低电势下可使水解离为OH根吸附在催化剂表面。如Pd-Ni2P/C催化剂，在循环伏安加速衰减实验后可使钯催化剂的甲酸电氧化活性能够保持在初始活性的60%，比纯钯金属要高3倍。但是，上述引入的化合物为接触型催化剂，只有与含水电解质接触才能够使水解离生成OH根，但由于上述化合物的导电性不够好，会影响电极材料的性能，制约了其稳定性。虽然Ir具有很好的导电性，但是Ir是地壳中最稀有的元素之一，不能满足大规模使用。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种直接液体燃料电池阳极用极性电场功能核壳结构催化剂及其制备方法，以实现直接液体燃料电池阳极催化剂的长期稳定使用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实施：
本发明的一个方面，是提供一种直接液体燃料电池阳极用极性电场功能核壳结构催化剂，其特征在于，该核壳结构催化剂以极性电场功能纳米材料为内核、导电碳为外壳，并在外壳上负载金属催化剂纳米颗粒。
所述的极性电场功能纳米材料内核为在20 ℃～100 ℃温度范围内具有极性电场功能的材料，包括电气石、碳化锆、麦饭石和黄土石中的一种或两种以上的混合物的极性电场功能材料，并经粉碎得到粒径为50 nm～500 nm的微细粉体。
所述的导电碳外壳是以含碳树脂为原料，在醇水体系中将含碳树脂分散并均匀地包覆在内核表面，经热解方法形成的厚度为10 nm～50 nm的导电性碳层。
所述的金属催化剂纳米颗粒为粒径大小为1 nm～20 nm的钯、铂、钯基双金属或铂基双金属催化剂。
所述的直接液体燃料电池以液态有机小分子如甲醇、甲酸或乙醇为燃料直接通入燃料电池内。
本发明的另一个方面，是提供一种直接液体燃料电池阳极用极性电场功能核壳结构催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.选择所述的极性电场功能材料，用球磨法进行粉碎磨细，使其达到粒度要求，并对其进行洗涤预处理，得到极性电场功能材料内核A；
b.将所述的极性电场功能材料内核A放入一定浓度的甲醇或乙醇水溶液中，并进行搅拌使其均匀分散，加入一定量的醇溶性酚醛树脂，继续搅拌30 min～90 min，使其完全溶解形成一定浓度的酚醛树脂醇溶液，进行过滤和干燥，然后放入管式炉中加热至设定的热解温度进行热解，保证一定的热解时间使其形成导电碳层得到导电核壳结构极性电场功能载体B；
c.将一定量的所述的导电核壳结构极性电场功能载体B加入含有一定浓度的金属催化剂纳米颗粒前驱体水溶液中，进行搅拌使导电核壳结构极性电场功能载体B均匀分散，加入定量的表面活性剂，继续搅拌使其混合均匀，以一定的速度加入还原剂，并持续搅拌30min～120 min，使溶液中的金属离子完全还原为金属，形成极性电场功能核壳结构催化剂。
所述的步骤a中，预处理方法是将球磨后的极性电场功能的材料分别用超纯水和乙醇清洗。
所述的步骤b中，酚醛树脂醇溶液的浓度为40%～59%；醇溶性酚醛树脂与极性电场功能材料内核A的质量比为0.2～1.0:1.0；热解温度为600 ℃～1000 ℃；热解时间为1小时～5小时。
所述的步骤c中，金属催化剂纳米颗粒的前驱体溶液浓度为0.0005 mol/L～0.005mol/L，导电核壳结构极性电场功能载体B的加入量与所述前驱体溶液中金属总量的质量比为2.0～10.0:1.0。
所述的表面活性剂的种类为聚吡咯烷酮、聚乙烯醇或柠檬酸钠，表面活性剂的加入量为1 mg/L～10 mg/L；还原剂的种类为维生素C或次亚磷酸钠，加入还原剂与前驱体溶液中金属的摩尔比为2～5.0：1.0，还原剂加入时间为30 min～60 min。
与现有的技术相比，本发明给出的一种直接液体燃料电池阳极用极性电场功能核壳结构催化剂及其制备方法的有益效果为：具有极性电场功能的内核材料因自身微观结构的低对称性或通过吸收外界热量而形成极性电场，极性电场作用于电解质溶液中的水分子，使其实时分解生成OH根，与催化剂表面吸附的CO发生反应，降低催化剂中毒的可能性，提高稳定性。
附图说明
附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1示出了一种直接液体燃料电池阳极用极性电场功能催化剂的核壳结构。
图2示出了实施例1制到得的极性电场功能核壳结构催化剂的SEM照片。
具体实施方式
下述实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
选用拥有极性电场功能的材料电气石100 g，用球磨法进行粉碎，筛选后得到平均粒度为80 nm的电气石超微粉50 g，将其放入盛有200 ml超净水的搅拌釜中，搅拌30 min对其进行充分的洗涤预处理，然后进行过滤得到滤饼；将滤饼放入盛有200 ml无水乙醇的搅拌釜中，搅拌130 min进一步净化预处理，然后过滤和干燥，得到45 g极性电场功能材料内核A。
将所述的极性电场功能材料内核A放入100 ml的甲醇中，并进行搅拌使其均匀分散，然后加入醇溶性酚醛树脂，使其完全溶解形成浓度为40%的酚醛树脂醇溶液，继续搅拌60 min，随后进行过滤和干燥，再放入电炉中加热至800 ℃进行热解，保持热解时间3小时，使其充分形成导电碳层，得到67 g导电核壳结构极性电场功能载体B，经TEM检测，所述导电核壳结构极性电场功能载体B的碳外壳厚度40 nm。
将所述的导电核壳结构极性电场功能载体B加入含有0.001 mol/L的氯化钯和0.001 mol/L的氯化铜的钯铜双金属前驱体水溶液，载体B与前驱体溶液中钯铜总量的质量比为10.0：1.0，进行搅拌1个小时，使导电核壳结构极性电场功能载体B均匀分散，随后加入表面活性剂聚吡咯烷酮，聚吡咯烷酮在水溶液中的浓度为2 g/L，继续搅拌20 min使其混合均匀；然后向溶液中滴加还原剂维生素C，维生素C的加入量与前驱体溶液中金属钯和铜的摩尔比为2.5：1.0，还原剂滴加完的时间为35 min，继续搅拌60 min，使溶液中的金属离子全部还原为金属，然后进行过滤干燥，得到极性电场功能核壳结构催化剂60 g。经SEM观测，双金属催化剂颗粒的粒径在3 nm～5 nm之间。
经电化学测试催化剂对甲酸电氧化反应的稳定性为8小时。
实施例2
选用极性电场功能的材料电气石100 g，用球磨法进行粉碎，筛选后得到平均粒度为100 nm的电气石超微粉50 g，将其放入盛有200 ml超净水的搅拌釜中，搅拌30 min对其进行充分的洗涤预处理，然后进行过滤得到滤饼；将滤饼放入盛有200 ml无水乙醇的搅拌釜中，搅拌130 min进一步净化预处理，然后过滤和干燥，得到45 g极性电场功能材料内核A。
将所述的极性电场功能材料内核A放入100 ml的甲醇中，并进行搅拌使其均匀分散，然后加入醇溶性酚醛树脂，使其完全溶解形成浓度为45%的酚醛树脂醇溶液，继续搅拌60 min，随后进行过滤和干燥，再放入电炉中加热至700 ℃进行热解，保持热解时间2小时，使其充分形成导电碳层，得到62 g导电核壳结构极性电场功能载体B，经TEM检测，所述导电核壳结构极性电场功能载体B的碳外壳厚度30 nm。
将所述的导电核壳结构极性电场功能载体B加入含有0.001 mol/L的氯铂酸和0.001 mol/L的氯化铜的铂铜双金属前驱体水溶液，载体B与前驱体溶液中钯铜总量的质量比为5.0：1.0，进行搅拌1个小时，使导电核壳结构极性电场功能载体B均匀分散，随后加入表面活性剂聚吡咯烷酮，聚吡咯烷酮在水溶液中的浓度为1 g/L，继续搅拌20 min使其混合均匀；然后向溶液中滴加还原剂维生素C，维生素C的加入量与前驱体溶液中金属铂和铜的摩尔比为4.0：1.0，还原剂滴加完的时间为50 min，继续搅拌60 min，使溶液中的金属离子全部还原为金属，然后进行过滤干燥，得到极性电场功能核壳结构催化剂73 g。经SEM观测，双金属催化剂颗粒的粒径在5 nm～8 nm之间。
经电化学测试催化剂对甲醇电氧化反应稳定性为9小时。
实施例3
选用极性电场功能的材料电气石50 g和碳化锆50 g混合物，用球磨法进行粉碎，筛选后得到平均粒度为300 nm的超微粉50 g，将其放入盛有200 ml超净水的搅拌釜中，搅拌30 min对其进行充分的洗涤预处理，然后进行过滤得到滤饼；将滤饼放入盛有200 ml无水乙醇的搅拌釜中，搅拌130 min进一步净化预处理，然后过滤和干燥，得到45 g极性电场功能材料内核A。
将所述的极性电场功能材料内核A放入100 ml的甲醇中，并进行搅拌使其均匀分散，然后加入醇溶性酚醛树脂，使其完全溶解形成浓度为50%的酚醛树脂醇溶液，继续搅拌60 min，随后进行过滤和干燥，再放入电炉中加热至900 ℃进行热解，保持热解时间2小时，使其充分形成导电碳层，得到55 g导电核壳结构极性电场功能载体B，经TEM检测，所述导电核壳结构极性电场功能载体B的碳外壳厚度20 nm。
将所述的导电核壳结构极性电场功能载体B加入含有0.0005 mol/L的氯化钯和0.001 mol/L的氯化铜的钯铜双金属前驱体水溶液，载体B与前驱体溶液中钯铜总量的质量比为5.0：1.0，进行搅拌1个小时，使导电核壳结构极性电场功能载体B均匀分散，随后加入表面活性剂柠檬酸钠，柠檬酸钠在水溶液中的浓度为5 g/L，继续搅拌20 min使其混合均匀；然后向溶液中滴加还原剂维生素C，维生素C的加入量与前驱体溶液中金属钯和铜的摩尔比为4.0：1.0，还原剂滴加完的时间为50 min，继续搅拌60 min，使溶液中的金属离子全部还原为金属，然后进行过滤干燥，得到极性电场功能核壳结构催化剂72 g。经SEM观测，双金属催化剂颗粒的粒径在10 nm～13 nm之间。
经电化学测试催化剂对甲酸电氧化反应的稳定性为8小时。
实施例4
选用极性电场功能的材料碳化锆100 g，用球磨法进行粉碎，筛选后得到平均粒度为100 nm的碳化锆超微粉50 g，将其放入盛有200 ml超净水的搅拌釜中，搅拌30 min对其进行充分的洗涤预处理，然后进行过滤得到滤饼；将滤饼放入盛有200 ml无水乙醇的搅拌釜中，搅拌130 min进一步净化预处理，然后过滤和干燥，得到45 g极性电场功能材料内核A。
将所述的极性电场功能材料内核A放入100 ml的甲醇中，并进行搅拌使其均匀分散，然后加入醇溶性酚醛树脂，使其完全溶解形成浓度为55%的酚醛树脂醇溶液，继续搅拌50 min，随后进行过滤和干燥，再放入电炉中加热至1000 ℃进行热解，保持热解时间4小时，使其充分形成导电碳层，得到70 g导电核壳结构极性电场功能载体B，经TEM检测，所述导电核壳结构极性电场功能载体B的碳外壳厚度50 nm。
将所述的导电核壳结构极性电场功能载体B加入含有0.001 mol/L的氯化钯和0.0005 mol/L的氯化铜的钯铜双金属前驱体水溶液，载体B与前驱体溶液中钯铜总量的质量比为3.0：1.0，进行搅拌1个小时，使导电核壳结构极性电场功能载体B均匀分散，随后加入表面活性剂柠檬酸钠，柠檬酸钠在水溶液中的浓度为8 g/L，继续搅拌20 min使其混合均匀；然后向溶液中滴加还原剂次亚磷酸钠，次亚磷酸钠的加入量与前驱体溶液中金属钯和铜的摩尔比为2.0：1.0，还原剂滴加完的时间为30 min，继续搅拌120 min，使溶液中的金属离子全部还原为金属，然后进行过滤干燥，得到极性电场功能核壳结构催化剂81 g。经SEM观测，双金属催化剂颗粒的粒径在7 nm～10 nm之间。
经电化学测试催化剂对甲酸电氧化反应的稳定性为4小时。
实施例5
选用极性电场功能的材料麦饭石100 g，用球磨法进行粉碎，筛选后得到平均粒度为80 nm的麦饭石超微粉50 g，将其放入盛有200 ml超净水的搅拌釜中，搅拌30 min对其进行充分的洗涤预处理，然后进行过滤得到滤饼；将滤饼放入盛有200 ml无水乙醇的搅拌釜中，搅拌130 min进一步净化预处理，然后过滤和干燥，得到45 g极性电场功能材料内核A。
将所述的极性电场功能材料内核A放入100 ml的甲醇中，并进行搅拌使其均匀分散，然后加入醇溶性酚醛树脂，使其完全溶解形成浓度为45%的酚醛树脂醇溶液，继续搅拌60 min，随后进行过滤和干燥，再放入电炉中加热至600 ℃进行热解，保持热解时间5小时，使其充分形成导电碳层，得到55 g导电核壳结构极性电场功能载体B，经TEM检测，所述导电核壳结构极性电场功能载体B的碳外壳厚度20 nm。
将所述的导电核壳结构极性电场功能载体B加入含有0.003 mol/L的氯化钯和0.001 mol/L的氯化铜的钯铜双金属前驱体水溶液，载体B与前驱体溶液中钯铜总量的质量比为2.0：1.0，进行搅拌1个小时，使导电核壳结构极性电场功能载体B均匀分散，随后加入表面活性剂聚吡咯烷酮，聚吡咯烷酮在水溶液中的浓度为1 g/L，继续搅拌20 min使其混合均匀；然后向溶液中滴加还原剂维生素C，维生素C的加入量与前驱体溶液中金属钯和铜的摩尔比为5.0：1.0，还原剂滴加完的时间为60 min，继续搅拌90 min，使溶液中的金属离子全部还原为金属，然后进行过滤干燥，得到极性电场功能核壳结构催化剂89 g。经SEM观测，双金属催化剂颗粒的粒径在3 nm～5 nm之间。
经电化学测试催化剂对甲酸电氧化反应的稳定性为3小时。
对照例1
在搅拌釜中加入100 ml的甲醇中，并进行搅拌使其均匀分散，然后加入醇溶性酚醛树脂，使其完全溶解形成浓度为45%的酚醛树脂醇溶液，继续搅拌60 min，随后进行干燥，再放入电炉中加热至600 ℃进行热解，保持热解时间5小时，使其充分碳化，得到55 g碳载体。经检测，所述碳载体的平均粒度为20 μm。
将所述的碳载体加入含有0.003 mol/L的氯化钯和0.001 mol/L的氯化铜的钯铜双金属前驱体水溶液，碳载体与前驱体溶液中钯铜总量的质量比为2.0：1.0，进行搅拌1个小时，使碳载体均匀分散，随后加入表面活性剂聚吡咯烷酮，聚吡咯烷酮在水溶液中的浓度为1 g/L，继续搅拌20 min使其混合均匀；然后向溶液中滴加还原剂维生素C，维生素C的加入量与前驱体溶液中金属钯和铜的摩尔比为5.0：1.0，还原剂滴加完的时间为60 min，继续搅拌90 min，使溶液中的金属离子全部还原为金属，然后进行过滤干燥，得到负载钯铜双金属合金的碳载体催化剂89 g。经SEM观测，双金属催化剂颗粒的粒径在3 nm～5 nm之间。
经电化学测试催化剂对甲酸电氧化反应的稳定性为2小时。
对照例2
将含有0.003 mol/L的氯化钯和0.001 mol/L的氯化铜的钯铜双金属前驱体水溶液加入搅拌釜，搅拌均匀后加入Vulcan-XC72与表面活性剂聚吡咯烷酮，聚吡咯烷酮在水溶液中的浓度为1 g/L，继续搅拌20 min使其混合均匀；然后向溶液中滴加还原剂维生素C，维生素C的加入量与前驱体溶液中金属钯和铜的摩尔比为5.0：1.0，还原剂滴加完的时间为60min，继续搅拌90 min，使溶液中的金属离子全部还原为金属，然后进行过滤干燥，得到粉体状钯铜双金属合金催化剂89 g。经SEM观测，双金属催化剂颗粒的粒径在3 nm～5 nm之间。
经电化学测试催化剂对甲酸电氧化反应的稳定性为1.5小时。

Claims (11)

1.一种直接液体燃料电池阳极用极性电场功能核壳结构催化剂，其特征在于，该核壳结构催化剂以极性电场功能纳米材料为内核、导电碳为外壳，并在外壳上负载金属催化剂纳米颗粒；
所述的极性电场功能纳米材料内核为极性电场功能材料，并经粉碎得到的纳米级微细粉体；
所述的导电碳外壳是以含碳树脂为原料，在醇水体系中将含碳树脂分散并均匀地包覆在内核表面，经热解方法形成的导电性碳层；
所述的金属催化剂纳米颗粒为钯、铂、钯基双金属或铂基双金属催化剂；
所述的直接液体燃料电池阳极用极性电场功能核壳结构催化剂的制备方法包括以下步骤：
a.选择所述的极性电场功能材料，用球磨法进行粉碎磨细，使其达到粒度要求，并对其进行洗涤预处理，得到极性电场功能材料内核A；
b.将所述的极性电场功能材料内核A放入一定浓度的甲醇或乙醇水溶液中，并进行搅拌使其均匀分散，加入一定量的醇溶性酚醛树脂，继续搅拌30min～90min，使其完全溶解形成一定浓度的酚醛树脂醇溶液，进行过滤和干燥，然后放入管式炉中加热至设定的热解温度进行热解，保证一定的热解时间使其形成导电碳层得到导电核壳结构极性电场功能载体B；
c.将一定量的所述的导电核壳结构极性电场功能载体B加入含有一定浓度的金属催化剂纳米颗粒前驱体水溶液中，进行搅拌使导电核壳结构极性电场功能载体B均匀分散，加入定量的表面活性剂，继续搅拌使其混合均匀，以一定的速度加入还原剂，并持续搅拌30min～120min，使溶液中的金属离子完全还原为金属，形成极性电场功能核壳结构催化剂；
所述的表面活性剂的种类为聚吡咯烷酮、聚乙烯醇或柠檬酸钠，表面活性剂的加入量为1mg/L～10mg/L；还原剂的种类为维生素C或次亚磷酸钠，加入还原剂与前驱体溶液中金属的摩尔比为2～5.0：1.0，还原剂加入时间为30min～60min；
所述的极性电场功能材料为电气石；
导电核壳结构极性电场功能载体B的加入量与所述前驱体溶液中金属总量的质量比为2.0～5.0:1.0。
2.根据权利要求1所述的一种直接液体燃料电池阳极用极性电场功能核壳结构催化剂，其特征在于，直接液体燃料电池以液态有机小分子甲醇、甲酸或乙醇为燃料直接通入燃料电池内。
3.根据权利要求1所述的一种直接液体燃料电池阳极用极性电场功能核壳结构催化剂，其特征在于，所述的极性电场功能纳米材料内核的粒径为50nm～500nm，所述的导电性碳外壳的厚度为10nm～50nm。
4.根据权利要求1所述的一种直接液体燃料电池阳极用极性电场功能核壳结构催化剂，其特征在于，所述的金属催化剂纳米颗粒大小为1～20nm。
5.根据权利要求1所述的一种直接液体燃料电池阳极用极性电场功能核壳结构催化剂，其特征在于，步骤a中所述的预处理方法是将球磨后的极性电场功能的材料分别用超纯水和乙醇清洗。
6.根据权利要求1所述的一种直接液体燃料电池阳极用极性电场功能核壳结构催化剂，其特征在于，步骤b中所述的酚醛树脂醇溶液的浓度为40%～59%；醇溶性酚醛树脂与极性电场功能材料内核A的质量比为0.2～1.0:1.0；热解温度为600℃～1000℃；热解时间为1小时～5小时。
7.根据权利要求1所述的一种直接液体燃料电池阳极用极性电场功能核壳结构催化剂，其特征在于，步骤c中金属催化剂纳米颗粒的前驱体溶液浓度为0.0005mol/L～0.005mol/L。
8.权利要求1所述的一种直接液体燃料电池阳极用极性电场功能核壳结构催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.选择所述的极性电场功能材料，用球磨法进行粉碎磨细，使其达到粒度要求，并对其进行洗涤预处理，得到极性电场功能材料内核A；
b.将所述的极性电场功能材料内核A放入一定浓度的甲醇或乙醇水溶液中，并进行搅拌使其均匀分散，加入一定量的醇溶性酚醛树脂，继续搅拌30min～90min，使其完全溶解形成一定浓度的酚醛树脂醇溶液，进行过滤和干燥，然后放入管式炉中加热至设定的热解温度进行热解，保证一定的热解时间使其形成导电碳层得到导电核壳结构极性电场功能载体B；
c.将一定量的所述的导电核壳结构极性电场功能载体B加入含有一定浓度的金属催化剂纳米颗粒前驱体水溶液中，进行搅拌使导电核壳结构极性电场功能载体B均匀分散，加入定量的表面活性剂，继续搅拌使其混合均匀，以一定的速度加入还原剂，并持续搅拌30min～120min，使溶液中的金属离子完全还原为金属，形成极性电场功能核壳结构催化剂；
所述的表面活性剂的种类为聚吡咯烷酮、聚乙烯醇或柠檬酸钠，表面活性剂的加入量为1mg/L～10mg/L；还原剂的种类为维生素C或次亚磷酸钠，加入还原剂与前驱体溶液中金属的摩尔比为2～5.0：1.0，还原剂加入时间为30min～60min；
导电核壳结构极性电场功能载体B的加入量与所述前驱体溶液中金属总量的质量比为2.0～5.0:1.0。
9.根据权利要求8所述的一种直接液体燃料电池阳极用极性电场功能核壳结构催化剂的制备方法，其特征在于，步骤a中所述的预处理方法是将球磨后的极性电场功能的材料分别用超纯水和乙醇清洗。
10.根据权利要求8所述的一种直接液体燃料电池阳极用极性电场功能核壳结构催化剂的制备方法，其特征在于，步骤b中所述的酚醛树脂醇溶液的浓度为40%～59%；醇溶性酚醛树脂与极性电场功能材料内核A的质量比为0.2～1.0:1.0；热解温度为600℃～1000℃；热解时间为1小时～5小时。
11.根据权利要求8所述的一种直接液体燃料电池阳极用极性电场功能核壳结构催化剂的制备方法，其特征在于，步骤c中金属催化剂纳米颗粒的前驱体溶液浓度为0.0005mol/L～0.005mol/L。
CN201910550328.3A 2019-06-24 2019-06-24 一种直接液体燃料电池阳极催化剂及其制备方法 Active CN110277564B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910550328.3A CN110277564B (zh) 2019-06-24 2019-06-24 一种直接液体燃料电池阳极催化剂及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910550328.3A CN110277564B (zh) 2019-06-24 2019-06-24 一种直接液体燃料电池阳极催化剂及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110277564A CN110277564A (zh) 2019-09-24
CN110277564B true CN110277564B (zh) 2022-09-16

Family

ID=67962324

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910550328.3A Active CN110277564B (zh) 2019-06-24 2019-06-24 一种直接液体燃料电池阳极催化剂及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110277564B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111785980A (zh) * 2020-06-16 2020-10-16 华东理工大学 一种直接甲酸燃料电池阳极用生物质基催化剂及其制备方法
CN114373970B (zh) * 2021-12-29 2022-11-15 上海应用技术大学 高质子传导率、高耐久性质子交换膜及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004165121A (ja) * 2002-09-19 2004-06-10 Toyota Motor Corp 燃料電池の冷却装置
JP2010005568A (ja) * 2008-06-27 2010-01-14 Nbc Meshtec Inc 複合化触媒担持体及びその製造方法
CN102088094A (zh) * 2011-01-04 2011-06-08 武汉理工大学 具有碳纳米层的导电陶瓷为担体的燃料电池催化剂及制备方法
CN109301270A (zh) * 2018-11-06 2019-02-01 陕西瑞科新材料股份有限公司 一种高性能钌催化剂的制备方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001110431A (ja) * 1999-10-12 2001-04-20 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 燃料電池電極
JP4511396B2 (ja) * 2005-03-22 2010-07-28 日本碍子株式会社 ハニカム構造体及びその製造方法
CN102082279A (zh) * 2011-01-04 2011-06-01 武汉理工大学 一种以碳包覆导电陶瓷为担体的燃料电池催化剂及其制备方法
CN103715433A (zh) * 2013-12-12 2014-04-09 大连理工大学 一种电气石-聚苯胺复合电极的制备方法及应用
CN105562116A (zh) * 2015-12-23 2016-05-11 中国科学院烟台海岸带研究所 一种负载的金属催化剂的制备方法
CN106602033A (zh) * 2017-01-11 2017-04-26 安徽工业大学 一种ZrC@洋葱状碳/无定形碳纳米复合物及其制备方法和应用
CN108126686B (zh) * 2017-12-27 2019-12-03 苏州大学 核壳型催化剂及其制备方法和在臭氧催化氧化中的应用
CN109174089A (zh) * 2018-11-06 2019-01-11 陕西瑞科新材料股份有限公司 一种电气石粉载钯催化剂的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004165121A (ja) * 2002-09-19 2004-06-10 Toyota Motor Corp 燃料電池の冷却装置
JP2010005568A (ja) * 2008-06-27 2010-01-14 Nbc Meshtec Inc 複合化触媒担持体及びその製造方法
CN102088094A (zh) * 2011-01-04 2011-06-08 武汉理工大学 具有碳纳米层的导电陶瓷为担体的燃料电池催化剂及制备方法
CN109301270A (zh) * 2018-11-06 2019-02-01 陕西瑞科新材料股份有限公司 一种高性能钌催化剂的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《酞菁钴催化剂载体表面含氮官能团对其在燃料电池中氧还原性能的影响》;胡硕真等;《化学学报》;20180915(第76期);第723-728页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110277564A (zh) 2019-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101363797B1 (ko) 연료전지용 전극재료의 제조방법, 연료전지용 전극재료 및 이 연료전지 전극재료를 이용한 연료전지
CN105431230B (zh) 在载体上形成贵金属纳米粒子的方法
US7557057B2 (en) Method for preparation of highly dispersed supported platinum catalyst
JP2010534562A (ja) ナノ金属粒子の組成物
KR100774746B1 (ko) 복합 환원제를 이용한 고분산 백금 담지 촉매의 제조방법
JP4954530B2 (ja) 白金コロイド担持カーボンおよびその製造方法
Ren et al. Electro-catalytic performance of Pd decorated Cu nanowires catalyst for the methanol oxidation
US11217796B2 (en) Electrode catalyst for fuel cell and method of production of same
CN110277564B (zh) 一种直接液体燃料电池阳极催化剂及其制备方法
CN103191757B (zh) 一种PdNiW/C三元合金纳米催化剂及其制备方法
CN102784641A (zh) 一种高活性钯铂核壳结构催化剂的制备方法
Yin et al. High efficiency N/C foam supported Pd electrode for direct sodium borohydride-hydrogen peroxide fuel cell
Habibi et al. Ni@ Pt core-shell nanoparticles as an improved electrocatalyst for ethanol electrooxidation in alkaline media
JP6097015B2 (ja) アセチレンブラック及びそれを用いた燃料電池用触媒
JP2008173524A (ja) 貴金属担持電極触媒の製造方法および該製造方法により得られる貴金属担持電極触媒
Yin et al. PdCu nanoparticles modified free-standing reduced graphene oxide framework as a highly efficient catalyst for direct borohydride-hydrogen peroxide fuel cell
KR101013600B1 (ko) 콜로이달-임프린티드 탄소구조체, 그의 제조방법 및 이를이용한 연료전지 전극용 ｃｉ 탄소 담지 촉매
JP6956851B2 (ja) 燃料電池用電極触媒及びそれを用いた燃料電池
RU2324538C1 (ru) Катализатор с наноразмерными частицами на носителе и способ его изготовления
JP2012000612A (ja) 白金コロイド担持カーボン
TWI288027B (en) Manufacturing method of platinum alloy electrochemical catalyst carried by carbon nanotube
CN102886258A (zh) 一种利用回收铂料制备铂碳催化剂的方法
CN113215616A (zh) 一种IrCoFe@MXene复合催化剂及其制备方法和应用
KR100844752B1 (ko) 고체 전해질 연료전지용 혼합 전극 촉매 소재의 제조방법
CN1323450C (zh) 一种直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant