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一种燃料电池催化剂及其制备方法

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2022-10-21 17:24:00

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:“科创中国”科技成果转化生态赋能专业科技服务团| 李宁 | 2022-11-02 15:03:30

本发明提供了一种燃料电池电催化剂及其制备方法。该燃料电池催化剂Pt-CeO2/GN是以石墨烯为载体,Pt-CeO2作为活性组分的催化剂;其中Pt与CeO2的复合纳米颗粒均匀的分布在石墨烯表面,Pt颗粒的粒径为3-5nm;其催化活性比Pt/GN催化剂的催化活性提高20-35%;其电化学活性面积达到59.1-66.4m2g-1,催化氧化甲醇的电流密度达到279.5-440.1mAg-1Pt。该催化剂的制备方法是将氧化石墨与硝酸铈分散在水中,用氨水调节pH值,反应得CeO2/GN;将制得的CeO2/GN超声分散在乙二醇溶液中,加入氯铂酸溶液,调节pH值,反应得到Pt-CeO2/GN催化剂。本发明制备方法简单,制备的催化剂具有较高的催化活性和稳定性,在燃料电池领域具有广泛的应用前景。

1. 将氧化石墨粉末(GN)与硝酸铈按照质量比4-40:1混合并超声分散均匀,用0.1-0.5molL-1氨水或0.1-0.5molL-1氢氧化钠溶液调节pH=8-11,于80-120℃回流反应4-6h,再于120-160℃反应3-6h,然后抽滤、洗涤,于40-60℃的真空干燥箱中烘干得到石墨烯载二氧化铈的复合物,用CeO2/GN表示。

2. 将步骤A制得的CeO2/GN加入到乙二醇溶液中,其中CeO2/GN与乙二醇的比例为1mg:1-2ml,超声分散1-4h,加入氯铂酸,其中CeO2/GN与氯铂酸的比例为3:1-1:2,用氢氧化钠的乙二醇溶液或氢氧化钾的乙二醇溶液调节上述混合溶液的pH值为9-11,升温至80-120℃反应4-6h,然后抽滤、洗涤,在40-60℃的真空干燥箱中干燥得Pt-CeO2/GN催化剂。

本发明的目的在于提供一种具有高催化活性和稳定性的燃料电池催化剂及其制备方法,其所制备的燃料电池催化剂在燃料电池方面有重要的应用。为适应车用燃料电池需求,催化剂需要不断提高耐久性,并降低铂载量。但降低铂载量,并不意味着催化剂一定会朝非铂方向发展。很多试验表明,非铂催化剂达不到车用燃料电池的性能及寿命要求。未来十年内,非铂催化剂都难以用到车用燃料电池上。

该发明发明人为北京化工大学化学学院于书平、刘秋波、朱红、韩克飞、汪中明。

于书平,副教授、硕士生导师。近年来参加了一项国家“863”计划、三项国家基金等项目的研究,主要负责无机有机复合材料层状物质纳米粒子的光电性能表征和应用。参与北京化工大学、昆山台瀛涂料有限公司(台资企业)、联想集团联合实验室的建立,及对涂料进行改性的研究。负责主持化工资源有效利用国家重点实验室的开发课题。

直接甲醇燃料电池(DMFC)作为清洁、高效、操作条件温和的绿色能源,是解决环境污染和能源危机的主要途径之一。然而,较低的反应速率限制了 DMFC 的应用。目前,Pt 是催化阳极和阴极发生反应最佳活性组分,但是 Pt 的价格昂贵且在阳极容易被甲醇氧化的中间产物(如 CO)毒化而失去催化活性,在阴极的反应动力学仍然较缓慢。因此,研发低载铂、高性能的催化剂是推动燃料电池发展的关键技术。本发明制备方法简单,制备的催化剂具有较高的催化活性和稳定性,具有非常大的经济效益和社会环境效益。

该技术发明专利转化方式有多种,可与企业合作生产,寻找合作企业;可以以技术入股,承担技术支持、技术指导等工作,提高企业产品技术水平;可以专利转让;专利授权使用等。