納米線片插層結構擔載型直接醇類燃料電池催化劑的制備方法與流程
本發(fā)明涉及直接醇類燃料電池催化劑的制備方法。
背景技術：
直接醇類燃料電池(DAFC)由于其具有能量密度高、結構簡單、運行溫度低等優(yōu)點而日益引起世界各地的科學工作者的興趣。然而現有直接醇類燃料電池催化劑性能衰降的原因中存在納米級活性組分Pt粒子中毒、醇類燃料傳輸受阻及催化劑制備成本高的問題；以甲醇燃料為例，甲醇氧化先從甲醇脫氫開始，產生CH2OH等一系列中間產物，再進一步氧化產生甲酸和吸附的COads等物種，這些毒化物種將占據Pt的活性位(使其中毒)，阻礙甲醇的吸附氧化。
技術實現要素：
本發(fā)明的目的為了解決現有直接醇類燃料電池催化劑性能衰降的機理中存在的納米級活性組分Pt粒子中毒、醇類燃料傳輸受阻及催化劑制備成本高的問題，而提供了納米線片插層結構擔載型直接醇類燃料電池催化劑的制備方法。
本發(fā)明中納米線片插層結構擔載型直接醇類燃料電池催化劑的制備方法是按以下步驟實現：一、將石墨烯(GO)在氫氧化鈉溶液中分散開，然后緩慢的加入Cu(NO3)2，得到混合液，銅鹽可以為Cu(NO3)2、Cu(NO3)2·2.5H2O、Cu(NO3)2·5H2O；二、由于GO前體使Microwave(MW)能量轉化為熱量，所以用EDA和N2H4為介質的改性MW加熱法處理上述混合物，銅納米線(CuNWs)直接生長在GO載體上，即得到CuNWs/GO結構擔載型直接醇類燃料電池催化劑載體。載體還可以是摻雜N、P、S等無定形的非金屬和Fe3O4等過渡金屬氧化物的石墨。方法制備催化劑載體CuNWs/GO為層狀多孔結構，表面孔隙豐富、比表面積較高。它具有更好的電子輸運性能，可以讓電池具有更低的內阻，提供了更短的離子擴散距離，更高的電化學反應活性，對充放電過程中的體積應變有更大的承受力。另外多孔納米線片插層結構有利于甲醇燃料的傳輸，進而提高催化劑的活性和穩(wěn)定性。使用CuNWs/GO也較Pt便宜很多，從而大大降低了催化劑的制備成本。
本發(fā)明中納米線片插層結構擔載型直接醇類燃料電池催化劑的制備方法還可按以下步驟實現：一、通過改進的水熱浴法得到CeO2納米線；二、通過改性的Hummer方法得到氧化石墨(GO)載體；三、將步聚一和二得到的CeO2、GO溶解在水和乙醇的混合溶液中，超聲，然后將最后的混合溶液倒入內襯聚四氟乙烯的高壓釜在一定溫度下加熱一段時間，最后經過冷卻、清洗、干燥處理后，即得到CeO2/GO結構擔載型直接醇類燃料電池催化劑載體。載體還可以是摻雜N、P、S等無定形的非金屬和Fe3O4過渡金屬氧化物的石墨。納米線可以為二氧化鈦納米線，Fe、Co等氧化物納米線等。該方法制備載體為層狀多孔結構，表面孔隙豐富、比表面積較高。所制備的載體CeO2/GO等不僅有利于Pt的沉積和含氧中間物種的脫附，其更有利于甲酸的氧化，并且可以將甲酸經過一步直接氧化成CO2，這樣可以有效越過甲酸氧化成中間物種COOH進而生成CO2這一步，因此大大提高了催化劑的抗毒化作用。另外多孔層狀結構有利于甲醇燃料的傳輸，進而提高催化劑的活性和穩(wěn)定性。使用GO等元素也較Pt便宜很多，從而大大降低了催化劑的制備成本。
附圖說明
圖1是CeO2/GO復合型催化劑的低倍率掃描電鏡圖
具體實施方式
為更好理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明做進一步地詳細說明，但是本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于實施例所表示的范圍。
具體實施方式一：本實施方式中納米線片插層結構擔載型直接醇類燃料電池催化劑的制備方法是按以下步驟實現：一、將石墨烯(GO)在氫氧化鈉溶液中分散開，然后緩慢的加入Cu(NO3)2，再加入EDA超聲30min，最后逐滴加入35％的N2H4得到混合液，銅鹽可以為Cu(NO3)2、Cu(NO3)2·2.5H2O、Cu(NO3)2·5H2O；二、將步驟一得到的混合液倒入50ml的石英皿中，MW加熱80℃加熱30min；三、將產品冷卻至室溫，用水和乙醇清洗，最后在低溫下離心、干燥，即得到CuNWs/GO結構擔載型直接醇類燃料電池催化劑載體。載體還可以是摻雜N、P、S等無定形的非金屬和Fe3O4等過渡金屬氧化物的石墨。方法制備催化劑載體CuNWs/GO為層狀多孔結構，表面孔隙豐富、比表面積較高。它具有更好的電子輸運性能，可以讓電池具有更低的內阻，提供了更短的離子擴散距離，更高的電化學反應活性，對充放電過程中的體積應變有更大的承受力。另外多孔納米線片插層結構有利于甲醇燃料的傳輸，進而提高催化劑的活性和穩(wěn)定性。使用CuNWs/GO也較Pt便宜很多，從而大大降低了催化劑的制備成本。
該方法制備催化劑載體CuNWs/GO為層狀多孔結構，表面孔隙豐富、比表面積較高。它具有更好的電子輸運性能，可以讓電池具有更低的內阻，提供了更短的離子擴散距離，更高的電化學反應活性，對充放電過程中的體積應變有更大的承受力。另外多孔納米線片插層結構有利于甲醇燃料的傳輸，進而提高催化劑的活性和穩(wěn)定性。使用CuNWs/GO也較Pt便宜很多，從而大大降低了催化劑的制備成本。
具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟一所述Cu(NO3)2為Cu(NO3)2·2.5H2O、Cu(NO3)2·5H2O。它步驟和參數與具體實施方式一相同。
具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：步驟一所述Cu(NO3)2為CuCl2。其它步驟和參數與具體實施方式一或二相同。
具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：步驟二中加微波熱方式為直接加熱；直接加熱所需時間為30～40min；其它步驟和參數與具體實施方式一至三之一相同。
具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一不同的是：步驟三離心分離速度為10000～12000轉/分鐘。其它步驟和參數與具體實施方式一至四之一相同。
具體實施方式六：本實施方式中納米線片插層結構擔載型直接醇類燃料電池催化劑的制備方法還可按以下步驟實現：一、通過改進的水浴法得到CeO2納米線，納米線可以為二氧化鈦納米線，Fe、Co納米線等；二、通過改性的Hummer方法得到氧化石墨(GO)載體，載體還可以是摻雜N、P、S等無定形的非金屬和Fe等過渡金屬的石墨；三、將步聚一和二得到的CeO2、GO溶解在水和乙醇的混合溶液中，超聲，然后將最后的混合溶液倒入內襯聚四氟乙烯的高壓釜在一定溫度下，最后經過冷卻、清洗、干燥處理后，即得到CeO2/GO結構擔載型直接醇類燃料電池催化劑載體。
該方法制備催化劑為層狀多孔結構，表面孔隙豐富、比表面積較高。所制備的催化劑CeO2/GO等不僅有利于Pt的沉積和含氧中間物種的產生，其更有利于甲酸的氧化，并且可以將甲酸經過一步直接氧化成CO2，這樣可以有效越過甲酸經過氧化成中間物種COOH進而生成CO2這一步，因此大大提高了催化劑的抗毒化作用。另外多孔層狀結構有利于甲醇燃料的傳輸，進而提高催化劑的活性和穩(wěn)定性。使用GO等元素也較Pt便宜很多，從而大大降低了催化劑的制備成本。
具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式六不同的是：步驟一中水熱法為熱方式為：采用Telfon水熱釜在200℃烘箱中30h。其它步驟和參數與具體實施方式六相同。
具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式六至七不同的是：步驟三中超聲處理的工作頻率為53kHz，超聲處理時間為30～120分鐘，功率為112-280W。其它步驟和參數與具體實施方式六至七相同。
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