《直接甲醇燃料电池纳米PDNI/介孔TIOSUB2/SUB膜阳极及制备方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直接甲醇燃料电池纳米PDNI/介孔TIOSUB2/SUB膜阳极及制备方法.pdf（4页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103151534 A (43)申请公布日 2013.06.12 CN 103151534 A *CN103151534A* (21)申请号 201310087727.3 (22)申请日 2013.03.19 H01M 4/86(2006.01) H01M 4/90(2006.01) H01M 4/92(2006.01) H01M 4/88(2006.01) B82Y 30/00(2011.01) (71)申请人 南通大学 地址 226019 江苏省南通市啬园路 9 号 (72)发明人 鞠剑峰 吴东辉 石玉军 章琴 苏广均 华平 李建华 (74)专利代理机构 南通市永。
2、通专利事务所 32100 代理人 葛雷 (54) 发明名称 直接甲醇燃料电池纳米 PdNi/ 介孔 TiO2膜阳 极及制备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种直接甲醇燃料电池纳米 PdNi/ 介孔 TiO2膜阳极及制备方法， 产品由钛板 和纳米 PdNi/ 介孔 TiO2膜催化剂组成。本发明以 PdNi 纳米合金和高比表面的介孔 TiO2膜组成的 纳米 PdNi/ 介孔 TiO2膜催化剂与钛板复合而成。 PdNi 合金提高 TiO2的导电性及对 TiO2的协同作 用提高TiO2对甲醇的催化氧化性能， 同时， 甲醇氧 化产生的 CO 等中间产物被吸附、 转移到复合膜催 化剂表面， 并被直接深度。
3、氧化为最终产物 CO2， 因 此提高催化剂的抗CO毒化能力， 由于PdNi的价格 远低于 Pt、 Ru 等贵金属， 且在膜催化剂中其用量 较小， 与钛板复合用作直接甲醇燃料电池阳极， 可 以大大降低直接甲醇燃料电池的制造成本， 提高 直接甲醇燃料电池性能。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书2页 (10)申请公布号 CN 103151534 A CN 103151534 A *CN103151534A* 1/1 页 2 1. 一种直接甲醇燃料电池纳米 PdNi/ 介孔 TiO2膜阳极， 。
4、其特征是 ： 所述的直接甲醇燃 料电池纳米PdNi/介孔TiO2膜阳极由钛板和纳米PdNi/介孔TiO2膜催化剂复合而成 ； 钛板 厚度 0.3 mm， 纯度 99.5 %， 膜催化剂中介孔 TiO2的含量为 9599 %， 纳米 PdNi 的含量之和 为 51 %， 上述含量为质量百分比， PdNi 的摩尔比 1:1。 2. 一种权利要求 1 所述的直接甲醇燃料电池纳米 PdNi/ 介孔 TiO2膜阳极的制备方法， 其特征是 ： 包括下列步骤 ： 1） 钛板的前处理 ： 钛板用金相砂纸打磨， 在丙酮中超声除油 15 分钟， 然后依次经甲醇 或乙醇清洗、 1 mol/L 的 HF 处理 10 。
5、分钟、 二次蒸馏水超声清洗 3 次， 烘干 ； 2） 按 PdNi/ 介孔 TiO2膜催化剂中 WPdNi=1 %5%， 摩尔比 nPd:nNi为 1:1 计算， 将计算量的 PdCl2和 NiCl2用无水乙醇和去离子水溶解， 形成溶液， 其中， 无水乙醇的体积与步骤 3） 相 同， 去离子水质量为步骤 3） 中去离子水质量的一半 ； 3） TiO2溶胶的制备 ： 将计算量的钛酸丁酯溶于无水乙醇， 搅拌下加入加算量的表面活 性剂 Pluronic P-123， 溶解后滴加无水乙醇、 冰醋酸和去离子水的混合物， 1 小时后滴加 步骤 2） 形成的溶液， 继续搅拌， 水解形成溶胶 ； 制备溶胶时钛。
6、酸丁酯、 表面活性剂 Pluronic P-123、 无水乙醇、 冰醋酸、 去离子水的用量摩尔比为 ： n钛酸丁酯： nP-123： n无水乙醇： n冰醋酸： n去离子水 =1:0.010.02:2040:12.5:26 ； 4) 将步骤 3） 制得的溶胶采用旋涂仪在处理后的钛板表面旋涂成膜， 湿度 30%， 涂胶速 率 3000 转 / 分， 30 秒内涂完， 钛板表面形成胶膜 ； 旋涂膜 8老化 5 天后， 将钛板真空 450 焙烧 2 小时除去膜中的表面活性剂 Pluronic P-123， 然后 500-600 氢气氛焙烧 3 小时 得钛板表面复合纳米 PdNi/ 介孔 TiO2膜催化。
7、剂的纳米 PdNi/ 介孔 TiO2膜阳极。 权 利 要 求 书 CN 103151534 A 2 1/2 页 3 直接甲醇燃料电池纳米 PdNi/ 介孔 TiO2膜阳极及制备方法 技术领域 0001 本发明涉及一种直接甲醇燃料电池纳米 PdNi/ 介孔 TiO2膜阳极及制备方法。 背景技术 0002 直接甲醇燃料电池 （Direct Methanol Fuel Cell, DMFC） 具有能耗少、 能量密度 高、 甲醇来源丰富、 价格便宜、 系统简单、 运行便捷和噪声低等优点， 被认为是未来汽车动力 和其它交通工具最有希望的化学电源， 引起人们的广泛关注。DMFC 最关键的材料之一是电 极催。
8、化剂， 它直接影响电池的性能、 稳定性、 使用寿命及制造成本。贵金属 Pt 在低温条件下 （小于 80） 具有优异的催化性能， 目前 DMFC 的电极催化剂均以 Pt 为主要成分， 其中 PtRu 催化剂比纯 Pt 具有更强的抗 CO 中毒性能和更高的催化活性， 被认为是目前 DMFC 最佳的催 化剂， 但是由于其价格昂贵、 Ru易溶等缺陷， 在DMFC中的利用率还达不到商业化的要求。 人 们进行了大量研究制备多元复合催化剂以提高其催化活性， 提高抗 CO 毒化能力。如有报道 制备了 PtRuTiOX/C 和 Au/TiO2PtRu 催化剂， TiO2复合可以减少催化剂中贵金属 Pt 的用量，。
9、 提高催化性能和抗 CO 毒化能力， 具有应用前景。纳米 PdNi/ 介孔 TiO2膜催化剂是一种非 铂催化剂， 对甲醇具有良好的催化性能和抗 CO 毒化性能， 与钛板复合形成的膜阳极可用作 直接甲醇燃料电池阳极， 均未见报道。 发明内容 0003 本发明的目的在于提供一种可用作直接甲醇燃料电池阳极， 降低直接甲醇燃料电 池催化剂成本， 提高其催化活性和抗CO毒化能力的直接甲醇燃料电池纳米PdNi/介孔TiO2 膜阳极及制备方法。 0004 本发明的技术解决方案是 ： 一种直接甲醇燃料电池纳米 PdNi/ 介孔 TiO2膜阳极， 其特征是 ： 所述的直接甲醇燃料 电池纳米PdNi/介孔TiO2。
10、膜阳极由钛板和纳米PdNi/介孔TiO2膜催化剂复合而成 ； 钛板厚 度 0.3 mm， 纯度 99.5 %， 膜催化剂中介孔 TiO2的含量为 9599 %， 纳米 PdNi 的含量之和为 51 %， 上述含量为质量百分比， PdNi 的摩尔比 1:1。 0005 所述的直接甲醇燃料电池纳米 PdNi/ 介孔 TiO2膜阳极的制备方法， 其特征是 ： 包 括下列步骤 ： 1） 钛板的前处理 ： 钛板用金相砂纸打磨， 在丙酮中超声除油 15 分钟， 然后依次经甲醇 或乙醇清洗、 1 mol/L 的 HF 处理 10 分钟、 二次蒸馏水超声清洗 3 次， 烘干 ； 2） 按 PdNi/ 介孔 T。
11、iO2膜催化剂中 WPdNi=1 %5%， 摩尔比 nPd:nNi为 1:1 计算， 将计算量的 PdCl2和 NiCl2用无水乙醇和去离子水溶解， 形成溶液， 其中， 无水乙醇的体积与步骤 3） 相 同， 去离子水质量为步骤 3） 中去离子水质量的一半 ； 3） TiO2溶胶的制备 ： 将计算量的钛酸丁酯溶于无水乙醇， 搅拌下加入加算量的表面活 性剂 Pluronic P-123( EO20PO70EO20, Aldrich， 分子量 5800)， 溶解后滴加无水乙醇、 冰醋酸 和去离子水的混合物， 1 小时后滴加步骤 2） 形成的溶液， 继续搅拌， 水解形成溶胶 ； 制备溶 说 明 书 C。
12、N 103151534 A 3 2/2 页 4 胶时钛酸丁酯、 表面活性剂 Pluronic P-123、 无水乙醇、 冰醋酸、 去离子水的用量摩尔比为 ： n钛酸丁酯： nP-123： n无水乙醇： n冰醋酸： n去离子水=1:0.010.02:2040:12.5:26 ； 4) 将步骤 3） 制得的溶胶采用旋涂仪在处理后的钛板表面旋涂成膜， 湿度 30%， 涂胶速 率 3000 转 / 分， 30 秒内涂完， 钛板表面形成胶膜 ； 旋涂膜 8老化 5 天后， 将钛板真空 450 焙烧 2 小时除去膜中的表面活性剂 Pluronic P-123， 然后 500-600 氢气氛焙烧 3 小时 。
13、得钛板表面复合纳米 PdNi/ 介孔 TiO2膜催化剂的纳米 PdNi/ 介孔 TiO2膜阳极。 0006 本发明以 PdNi 纳米合金和高比表面的介孔 TiO2膜组成的纳米 PdNi/ 介孔 TiO2膜催化剂与钛板复合而成。PdNi 合金提高 TiO2的导电性及对 TiO2的协同作用提高 TiO2对甲醇的催化氧化性能， 同时， 甲醇氧化产生的CO等中间产物被吸附、 转移到复合膜催 化剂表面， 并被直接深度氧化为最终产物 CO2， 可以提高催化剂的抗 CO 毒化能力， 由于 PdNi 的价格远低于 Pt、 Ru 等贵金属， 且在膜催化剂中其用量较小， 因此可以大大降低催化剂的 成本， 与钛板复。
14、合， 可以直接用作直接甲醇燃料电池阳极， 提高电池性能。 0007 下面结合实施例对本发明作进一步说明。 0008 具体实施方式 ： 实施例 1 ： 1） 钛板的前处理 ： 钛板用金相砂纸打磨， 在丙酮中超声除油 15 分钟， 再依次经甲醇或 乙醇清洗、 1 mol/L 的 HF 处理 10 分钟、 二次蒸馏水超声清洗 3 次， 烘干。 0009 2） 按 PdNi/ 介孔 TiO2膜催化剂中 WPdNi=1 %， 摩尔比 nPd:nNi为 1:1 计算， 将计算量 的PdCl2和NiCl2用一定量的无水乙醇和去离子水溶解， 形成溶液， 其中， 无水乙醇的体积与 步骤 3） 相同， 去离子水质。
15、量为步骤 3） 中水质量的一半 ； 3） TiO2溶胶的制备 ： 将计算量的钛酸丁酯溶于一定量的无水乙醇， 搅拌下加入加算量 的表面活性剂 Pluronic P-123 ( EO20PO70EO20, Aldrich， 分子量 5800)， 溶解后滴加无水乙 醇、 冰醋酸和去离子水的混合物， 约 1 小时后滴加步骤 2） 形成的溶液， 继续搅拌， 水解形成 溶胶。制备溶胶时钛酸丁酯、 表面活性剂 P-123、 无水乙醇、 冰醋酸、 去离子水的用量摩尔比 为 ： n钛酸丁酯： nP-123： n无水乙醇： n冰醋酸： n去离子水=1:0.010.02:2040:12.5:26。 0010 4) 。
16、将步骤 3） 制得的溶胶采用旋涂仪在处理后的钛板表面旋涂成膜。湿度 30%， 涂 胶速率 3000 转 / 分， 30 秒内涂完， 钛板表面形成胶膜。旋涂膜 8老化 5 天后， 将钛板真空 450 焙烧 2 小时除去膜中的 P-123， 然后 500-600 氢气氛焙烧 3 小时得钛板表面复合 纳米 PdNi/ 介孔 TiO2膜催化剂的纳米 PdNi/ 介孔 TiO2膜阳极。 0011 实施例 2 ： 步骤 （2） 中按最后合成的催化剂 WPdNi=3 %， 其余同实施例 1。 0012 实施例 3 ： 步骤 （2） 中按最后合成的催化剂 WPdNi=5 %， 其余同实施例 1。 说 明 书 CN 103151534 A 4 。