/c催化剂的制备及在乙醇电化学氧化中的应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及制备一种介孔PtSn02/C催化剂并用于催化乙醇氧化反应，用介孔SnO2代替SnO2纳米粒子后，提高催化剂对乙醇氧化反应的催化活性和稳定性。
【背景技术】
[0002]近些年来，伴随着石油煤炭等传统能源的日益减少，能源短缺的问题也日益严重。随着能源的大量消耗，不仅造成严重的环境污染，还加剧了温室效应带来一系列的生态问题。因此，人们对于具有高效、清洁等特点的燃料电池等新能源技术的使用愿望变得越来越迫切。
[0003]直接乙醇燃料电池是用乙醇作为燃料的一种质子交换膜燃料电池；直接乙醇燃料电池的理论能量密度高，乙醇的储存和运输方便，系统结构简单，方便携带；直接乙醇燃料电池和直接甲醇燃料电池相比，由于甲醇沸点低易挥发、对人体有害、易透过naf1n膜等缺点，限制直接甲醇燃料电池在移动电源领域的应用。而乙醇和甲醇结构相似，在一定反应条件下电化学性能也相似，且无毒、可再生、来源丰富、使用安全、对naf1n膜的渗透率低、和甲醇比能量密度更高(8.0lkW.h/kg)，是可再生环保型能源。实际应用的潜力巨大，可替代直接甲醇燃料电池实现醇类燃料电池在家用电器如手机、笔记本电脑以及电动车等领域的应用。目前直接乙醇燃料电池的能量利用率不高，这是因为乙醇的电化学氧化反应涉及乙醇在催化剂表面的吸附、C-C键的断裂和许多中间产物，反应复杂很难进行。目前的催化剂催化活性低，乙醇氧化的主要产物是乙酸，大大降低了乙醇的利用率。开发高活性的电催化剂对发展直接乙醇燃料电池意义重大。
[0004]在所有金属中，Pt是直接乙醇燃料电池性能最好的催化剂。但是乙醇氧化产生的中间产物对Pt有很强的吸附作用，使得Pt催化剂很快中毒失活，运行寿命短。而且Pt催化剂的成本高，目前研宄的主要方向是Pt基合金电催化剂。PtSn和PtRu催化剂是研宄最多的两种二元电催化剂。研宄发现PtSn电催化剂对EOR的催化活性要比PtRu催化剂高，而且Sn的价格要比Ru低得多，可以降低催化剂的生产成本。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是制备一种介孔PtSn02/C催化剂用于催化乙醇氧化的反应，通过加入介孔SnO2代替SnO 2纳米粒子，提高PtSnO 2/C催化剂对乙醇氧化反应的催化活性和稳定性。
[0006]为达到上述目的，本发明所采用的技术方案包括以下步骤:
介孔SnO2纳米材料制备过程:将Na 2Sn03.3H20溶解在一定量的蒸馏水中，待完全溶解后，加入一定量的油酸并搅拌均匀(水和油酸的体积比为1:5)。该混合物在150° C的烘箱中恒温5 h后，自然冷却至室温，过滤，用无水乙醇洗涤，在60。C的烘箱中干燥12 h。再在300 ° C下煅烧2 h，制得介孔SnO2。
[0007]介孔PtSn02/C电催化剂制备过程:将介孔Sn02、H2PtCl6和一定量的乙二醇混合后超声分散均匀，升温到130° C恒温加热2小时后，降温至60° C，加盐酸溶液调节pH〈l，加入适量XC-72R碳载体混合成浆液，搅拌过夜，过滤，洗涤至检测不到氯离子，然后干燥即可得到PtSnO2 (M)/C电催化剂。该反应中Pt和Sn的摩尔比为3:1，Pt的负载量为20wt%。
[0008]催化乙醇电化学氧化:取5 mg电催化剂，加入5 KL的Naf1n溶液，用I mL乙醇稀释，超声分散成均匀浆液。取40 PL涂在直径为3 mm的玻碳电极上并形成薄层，用红外灯烤干，作为工作电极。测试用参比电极采用饱和甘汞电极(SCE)，对电极为Pt电极，电解液采用含有lmol/L乙醇的0.5 mo I/L的H2SO4溶液。电化学工作站的扫描速度为5 mV/s。反应在室温进行。
[0009]本发明有益效果:(I)和SnO2纳米粒子相比，介孔SnO2的结晶度更高，耐腐蚀更好，在酸性电解质中Sn不易流失，增强了介孔PtSn02/C催化剂的稳定性。(2)介孔Sn0j9特殊结构使得介孔PtSn02/C催化剂中的Pt和SnO2纳米粒子的协同作用更强，对吸附解离水和乙醇氧化反应的催化效率更高。
【具体实施方式】
[0010]实施例1
活性测试:Pt/C、普通PtSn02/C和介孔PtSn02/C三种电催化剂在含有I M乙醇和0.5 M4304的电解液，扫描速度为5 mV/s的线性扫描测试在上海辰华电化学工作站进行。在Pt/C、普通PtSn02/C和介孔PtSn02/C三种电催化剂对乙醇氧化反应的起始电位分别为0.203、和，在0~0.64 V (vs SCE)的电位区间，三种催化剂对乙醇氧化反应的催化活性顺序为介孔PtSn02/C >普通PtSn02/C> Pt/C。在0.25V的测试电压时，介孔PtSnO2 (M) /C催化剂的电流大小为2.58 mA，普通PtSn02/C催化剂的电流大小0.97 mA，Pt, /C催化剂的电流大小
0.17 mAo
[0011]实施例2
稳定性测试:Pt/C、普通PtSn02/C和介孔PtSn02/C三种电催化剂在含有I M乙醇和0.5M 4504的电解液，在-0.2V电位下，催化剂稳定性测试在上海辰华电化学工作站进行。经过2400秒的恒电位扫描后，Pt/C、普通PtSn02/C和介孔PtSn02/C三种电催化剂最终的稳态电流分别是 0.2254,4.2828 和 7.1107 mA mg-1Pt。
【主权项】
1.本发明涉及一种介孔Ptsn02/C催化剂用于催化乙醇电化学氧化中的应用，其特征在于，包括以下步骤:先通过水热法制备介孔SnO2;通过乙二醇还原法将Pt负载在介孔SnO2制备了 PtSn02m米粒子；将PtSnO2纳米粒子负载在XC-72R碳载体上制备了 PtSn02/C催化剂。
2.根据权利要求1所述的PtSn02/C催化剂，其特征在于催化剂的制备方法包括以下步骤: 介孔SnO2纳米材料制备过程:将Na 2Sn03.3H20溶解在一定量的蒸馏水中，待完全溶解后，加入一定量的油酸并搅拌均匀(水和油酸的体积比为1:5);该混合物在150° C的烘箱中恒温5 h后，自然冷却至室温，过滤，用无水乙醇洗涤，在60。C的烘箱中干燥12 h;再在300 ° C下煅烧2 h，制得介孔SnO2。
3.介孔PtSnO2/C电催化剂制备过程:将介孔Sn02、H2PtCl6和一定量的乙二醇混合后超声分散均匀，升温到130° C恒温加热2小时后，降温至60° C，加盐酸溶液调节pH〈l，加入适量XC-72R碳载体混合成浆液，搅拌过夜，过滤，洗涤至检测不到氯离子，然后干燥即可得到PtSnO2 (M)/C电催化剂。
4.该反应中Pt和Sn的摩尔比为3:1，Pt的负载量为20wt%。
5.催化乙醇电化学氧化:取5mg电催化剂，加入5 ?的Naf1n溶液，用I mL乙醇稀释，超声分散成均匀浆液。
6.取40PL涂在直径为3 mm的玻碳电极上并形成薄层，用红外灯烤干，作为工作电极。
7.测试用参比电极采用饱和甘汞电极(SCE)，对电极为Pt电极，电解液采用含有Imol/L乙醇的0.5 mo I/L的H2SO4溶液。
8.电化学工作站的扫描速度为5mV/s。
9.反应在室温进行。
10.根据权利I所述的生产工艺，其特征在于:所述步骤(I)中，介孔SnO2制备采用的方法为水热合成法，有别于硬模板法或溶胶凝胶法，大大缩短的制备时间。
11.根据权利I所述的生产工艺，其特征在于:所述步骤(I)中，用介孔SnO2代替SnO2纳米粒子后，明显提高了催化剂对乙醇氧化反应的催化活性和稳定性。
【专利摘要】本发明涉及一种介孔PtSnO2/C催化剂的制备并用于催化乙醇氧化反应。介孔PtSnO2/C催化剂制备方法如下：通过水热法制备介孔SnO2，通过多元醇还原法把Pt固载在介孔SnO2上，再将介孔PtSnO2负载在碳载体上。和普通PtSnO2/C催化剂相比，介孔PtSnO2/C催化剂的活性和稳定性都有明显的提高。
【IPC分类】B01J23-62, H01M4-92
【公开号】CN104826626
【申请号】CN201510175867
【发明人】朱明远, 安丽娟, 邓黎
【申请人】石河子大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月15日