一種高性能鈀鎢氧還原電催化劑的制備方法
【專利摘要】本發明涉及制備一種高性能的鈀鎢氧還原電催化劑，將聚苯胺沉積在XC-72R活性炭表面形成表面陽離子層，然后加入磷鎢酸，磷鎢酸的陰離子吸附在載體表面；然后以乙二醇為還原劑將鈀納米顆粒負載在載體上，制備得到鈀鎢電催化劑。將該電催化劑應用于氧還原電化學反應，在0.85V的電位下，電流密度達到0.38mA/cm2，為相同載量鉑的98％。
【專利說明】一種高性能鈀鎢氧還原電催化劑的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于燃料電池技術及新能源材料【技術領域】，具體涉及到一種高性能鈀鎢氧還原電催化劑的制備方法。
【背景技術】
[0002]質子交換膜燃料電池(PEMFC)具有工作溫度低、啟動快、比功率高、結構簡單和操作方便等優點，被公認為電動汽車、固定發電站等的首選能源。PEMFC陰極電催化劑表面主要發生氧還原反應(ORR)，而ORR過程產生的過電位，與PEMFC電池性能密切相關。貴金屬鉬及其與過渡金屬的合金電催化劑被廣泛應用為PEMFC陰極電催化劑。但鉬資源匱乏，價格昂貴，電催化劑的成本占到了 PEMFC成本的50%以上，成為PEMFC商業化的一大障礙，因此尋找可替代貴金屬鉬的ORR電催化劑是近年來PEMFC亟待解決的問題。
[0003]鈀的價格相對于鉬便宜，具有作為PEMFC陰極電催化劑的潛力。但ORR在鈀催化劑表面發生兩電子過程，鈀對ORR的活性和穩定性都比較低。加入其他過渡金屬形成合金催化劑是提高鈀ORR催化性能的一種方法；如Shao等制備了鈀鐵催化劑，其ORR催化活性接近于鉬；(M.H.Shao,K.Sasaki, R.R.Adzic, J.Am.Chem.Soc.128，2006:3526-3527)。但合金催化劑中過渡金屬容易在酸性條件下流失，因而催化劑的穩定性比較差。如何有效設計鈀催化劑，提高其對ORR的活性和穩定性仍是一個難點。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是制備一種高活性、高穩定性的氧還原電催化劑。
[0005]為達到上述目的，本發明所采用的技術方案包括以下步驟:
[0006]1.鈀鎢電催化劑的制備:將一定量的XC-72R活性炭超聲分散后，加入苯胺和(NH4)2S2O8形成聚苯胺；攪拌一定時間后，過濾、洗漆、干燥。加入磷鶴酸，在一定的pH值下攪拌一定時間后，加入PdCl2鹽，加入乙二醇作為溶劑，將PdCl2還原為鈀納米顆粒沉降在載體表面，過濾、洗滌，干燥，得到鈀鎢電催化劑。
[0007]2.鈀鎢電催化劑的性能評價:將鈀鎢電催化劑與無水乙醇混合，加入5%的Nafion溶液，超聲分散后，涂于微電極表面。ORR活性測試所用電解液為0.5M的硫酸溶液，采用三電極體系，參比電極為飽和甘汞電極，對電極為鉬電極。
[0008]本發明有益效果:(1)鈀鎢電催化劑的ORR活性達到鉬的98%。(2)鈀鎢電催化劑在O-1V的電位區間循環掃描100圈，其性能衰減低于10%。
【具體實施方式】
[0009]實施例1lOOmg XC-72R活性炭超聲分散在0.5M的鹽酸溶液后，加入ImL的苯胺，加入IOmg(NH4)2S2O8后，攪拌2h，過濾，用IL的去離子水洗滌，在60°C的溫度下干燥4h。將所得樣品在IOOmL的乙二醇溶液中超聲分散，加入ImM的磷鎢酸，攪拌2h后，加入氯化鈀溶液，調節PH值到11，在100°C的溫度下加熱2h。所得樣品過濾后，用IL的去離子水洗滌，在100°c的溫度下真空干燥制備得到鈀鎢催化劑。取5mg鈀鎢催化劑，加入ImL的乙醇和50μ I的5% Nafion溶液后，超聲分散。取20mg漿液涂于微電極表面，微電極至于0.5M的硫酸溶液，在1600rpm的轉速下，O-1V的電位窗口進行線性掃描，在0.85V的電位下，電流密度為 0.38mA/cm2。
[0010]實施例2150mg XC-72R活性炭超聲分散在0.5M的鹽酸溶液后，加入1.5mL的苯胺，加入1511^(順4)25208后，攪拌211，過濾，用IL的去離子水洗滌，在60°C的溫度下干燥4h。將所得樣品在150mL的乙二醇溶液中超聲分散，加入1.5mM的磷鎢酸，攪拌2h后，加入氯化鈀溶液，調節PH值到11，在100°C的溫度下加熱2h。所得樣品過濾后，用IL的去離子水洗滌，在100°C的溫度下真空干燥制備得到鈀鎢催化劑。取5mg鈀鎢催化劑，加入ImL的乙醇和50 μ I的5% Nafion溶液后，超聲分散。取20mg漿液涂于微電極表面，微電極至于0.5M的硫酸溶液，在1600rpm的轉速下，O-1V的電位窗口進行線性掃描，在0.85V的電位下，電流密度為 0.38mA /cm2。
【權利要求】
1.本發明涉及一種高性能鈀鎢氧還原電催化劑的制備方法，其特征在于: 催化劑的制備:將一定量的XC-72R活性炭超聲分散后，加入苯胺和(NH4)2S2O8形成聚苯胺；攪拌一定時間后，過濾、洗漆、干燥。加入磷鶴酸，在一定的pH值下攪拌一定時間后，加入PdCl2鹽，加入乙二醇作為溶劑，將PdCl2還原為鈀納米顆粒沉降在載體表面，過濾、洗滌，干燥，得到鈀鎢電催化劑。
2.根據權利I所述的制備流程，其特征在于:在活性炭表面沉降聚苯胺陽離子，以加強磷鎢酸陰離子在載體表面的吸附。
3.根據權利I所述的制備流程，其特征在于:磷鎢酸作為鈀鎢電催化劑制備過程中鎢組分的來源。
【文檔編號】H01M4/90GK104001511SQ201310058212
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年2月25日 優先權日:2013年2月25日
【發明者】代斌, 朱明遠, 高曉玲, 湯玲, 羅光琴 申請人:代斌