一种高性能钯钨氧还原电催化剂的制备方法
【专利摘要】本发明涉及制备一种高性能的钯钨氧还原电催化剂，将聚苯胺沉积在XC-72R活性炭表面形成表面阳离子层，然后加入磷钨酸，磷钨酸的阴离子吸附在载体表面；然后以乙二醇为还原剂将钯纳米颗粒负载在载体上，制备得到钯钨电催化剂。将该电催化剂应用于氧还原电化学反应，在0.85V的电位下，电流密度达到0.38mA/cm2，为相同载量铂的98％。
【专利说明】一种高性能钯钨氧还原电催化剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于燃料电池技术及新能源材料【技术领域】，具体涉及到一种高性能钯钨氧还原电催化剂的制备方法。
【背景技术】
[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有工作温度低、启动快、比功率高、结构简单和操作方便等优点，被公认为电动汽车、固定发电站等的首选能源。PEMFC阴极电催化剂表面主要发生氧还原反应(ORR)，而ORR过程产生的过电位，与PEMFC电池性能密切相关。贵金属钼及其与过渡金属的合金电催化剂被广泛应用为PEMFC阴极电催化剂。但钼资源匮乏，价格昂贵，电催化剂的成本占到了 PEMFC成本的50%以上，成为PEMFC商业化的一大障碍，因此寻找可替代贵金属钼的ORR电催化剂是近年来PEMFC亟待解决的问题。
[0003]钯的价格相对于钼便宜，具有作为PEMFC阴极电催化剂的潜力。但ORR在钯催化剂表面发生两电子过程，钯对ORR的活性和稳定性都比较低。加入其他过渡金属形成合金催化剂是提高钯ORR催化性能的一种方法；如Shao等制备了钯铁催化剂，其ORR催化活性接近于钼；(M.H.Shao,K.Sasaki, R.R.Adzic, J.Am.Chem.Soc.128，2006:3526-3527)。但合金催化剂中过渡金属容易在酸性条件下流失，因而催化剂的稳定性比较差。如何有效设计钯催化剂，提高其对ORR的活性和稳定性仍是一个难点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是制备一种高活性、高稳定性的氧还原电催化剂。
[0005]为达到上述目的，本发明所采用的技术方案包括以下步骤:
[0006]1.钯钨电催化剂的制备:将一定量的XC-72R活性炭超声分散后，加入苯胺和(NH4)2S2O8形成聚苯胺；搅拌一定时间后，过滤、洗漆、干燥。加入磷鹤酸，在一定的pH值下搅拌一定时间后，加入PdCl2盐，加入乙二醇作为溶剂，将PdCl2还原为钯纳米颗粒沉降在载体表面，过滤、洗涤，干燥，得到钯钨电催化剂。
[0007]2.钯钨电催化剂的性能评价:将钯钨电催化剂与无水乙醇混合，加入5%的Nafion溶液，超声分散后，涂于微电极表面。ORR活性测试所用电解液为0.5M的硫酸溶液，采用三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极，对电极为钼电极。
[0008]本发明有益效果:(1)钯钨电催化剂的ORR活性达到钼的98%。(2)钯钨电催化剂在O-1V的电位区间循环扫描100圈，其性能衰减低于10%。
【具体实施方式】
[0009]实施例1lOOmg XC-72R活性炭超声分散在0.5M的盐酸溶液后，加入ImL的苯胺，加入IOmg(NH4)2S2O8后，搅拌2h，过滤，用IL的去离子水洗涤，在60°C的温度下干燥4h。将所得样品在IOOmL的乙二醇溶液中超声分散，加入ImM的磷钨酸，搅拌2h后，加入氯化钯溶液，调节PH值到11，在100°C的温度下加热2h。所得样品过滤后，用IL的去离子水洗涤，在100°c的温度下真空干燥制备得到钯钨催化剂。取5mg钯钨催化剂，加入ImL的乙醇和50μ I的5% Nafion溶液后，超声分散。取20mg浆液涂于微电极表面，微电极至于0.5M的硫酸溶液，在1600rpm的转速下，O-1V的电位窗口进行线性扫描，在0.85V的电位下，电流密度为 0.38mA/cm2。
[0010]实施例2150mg XC-72R活性炭超声分散在0.5M的盐酸溶液后，加入1.5mL的苯胺，加入1511^(順4)25208后，搅拌211，过滤，用IL的去离子水洗涤，在60°C的温度下干燥4h。将所得样品在150mL的乙二醇溶液中超声分散，加入1.5mM的磷钨酸，搅拌2h后，加入氯化钯溶液，调节PH值到11，在100°C的温度下加热2h。所得样品过滤后，用IL的去离子水洗涤，在100°C的温度下真空干燥制备得到钯钨催化剂。取5mg钯钨催化剂，加入ImL的乙醇和50 μ I的5% Nafion溶液后，超声分散。取20mg浆液涂于微电极表面，微电极至于0.5M的硫酸溶液，在1600rpm的转速下，O-1V的电位窗口进行线性扫描，在0.85V的电位下，电流密度为 0.38mA /cm2。
【权利要求】
1.本发明涉及一种高性能钯钨氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于: 催化剂的制备:将一定量的XC-72R活性炭超声分散后，加入苯胺和(NH4)2S2O8形成聚苯胺；搅拌一定时间后，过滤、洗漆、干燥。加入磷鹤酸，在一定的pH值下搅拌一定时间后，加入PdCl2盐，加入乙二醇作为溶剂，将PdCl2还原为钯纳米颗粒沉降在载体表面，过滤、洗涤，干燥，得到钯钨电催化剂。
2.根据权利I所述的制备流程，其特征在于:在活性炭表面沉降聚苯胺阳离子，以加强磷钨酸阴离子在载体表面的吸附。
3.根据权利I所述的制备流程，其特征在于:磷钨酸作为钯钨电催化剂制备过程中钨组分的来源。
【文档编号】H01M4/90GK104001511SQ201310058212
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2013年2月25日 优先权日:2013年2月25日
【发明者】代斌, 朱明远, 高晓玲, 汤玲, 罗光琴 申请人:代斌