一种甲醇燃料电池用纳米复合催化材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种甲醇燃料电池用纳米复合催化材料及其制备方法 (Nano composite catalytic material for methanol fuel cell and preparation method thereof ) 是由 李铜玲 于 2018-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种甲醇燃料电池用纳米复合催化材料及其制备方法。该纳米复合催化材料通过在荧光微球上负载特定的纳米材料,提高了催化剂的催化效果,且减少了铂金属的添加,降低了成本,另外维生素E的添加作为还原剂,改善了催化材料的环境友好度,且保证了电流的稳定性。与现有技术相比,本发明催化材料,催化效果好,且性能稳定,适合产业化生产。(The invention discloses a nano composite catalytic material for a methanol fuel cell and a preparation method thereof. According to the nano composite catalytic material, the specific nano material is loaded on the fluorescent microsphere, so that the catalytic effect of the catalyst is improved, the addition of platinum metal is reduced, the cost is reduced, in addition, the addition of the vitamin E is used as a reducing agent, the environment friendliness of the catalytic material is improved, and the stability of current is ensured. Compared with the prior art, the catalytic material disclosed by the invention is good in catalytic effect, stable in performance and suitable for industrial production.)
技术领域
本发明涉及一种甲醇燃料电池，具体涉及一种甲醇燃料电池用纳米复合催化材料及其制备方法。
背景技术
燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释放出的能量，直接转化为电能。其特点为：1、能量转化效率高；直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45%～60%，而火力发电和核电的效率大约在30%～40%。2、安装地点灵活；燃料电池电站占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。
电催化剂是燃料电池的核心所在，这也是限制燃料电池实现其商业化的关键所在。由于Pt 作为催化剂材料，从而造成了燃料电池的成本较高，这使得其难以被广泛地应用。如何在低Pt或无Pt催化剂中，添加更多的填充物，即提高电催化活性，也能降低成本的研究，越来越受到人们的青睐。
申请号201610018618.X，名称为一种甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法。该种甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法包括制备氢氧化钴悬浮液、酚醛树脂包覆聚苯乙烯微球、载铂催化剂悬浊液和喷雾干燥后高温煅烧获得四氧化三钴为助催化剂的碳载铂催化剂。虽然本发明提高了比表面积，提高了催化活性，但是催化剂对环境友好度低，且制备流程繁杂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种甲醇燃料电池用纳米复合催化材料及其制备方法，该纳米复合催化剂成本低廉，电流密度大，催化活性强，且易于制备，对环境友好度高。
一种甲醇燃料电池用纳米复合催化剂，包括以下按重量份数计的组分：纳米银1-8份、石墨烯1-8份、羟甲基纤维素10-18份、碳粉48-58份、巯基苯并噻唑0.1-0.5份、氢氧化钴10-18份、荧光微球14-23份、乙二醇25-42份、糠醛1-8份、氯铂酸20-45份、维生素E10-18份。
作为改进的是，上述甲醇燃料电池用纳米复合催化剂，包括以下按重量份数计的组分：纳米银6份、石墨烯4份、羟甲基纤维素12份、碳粉55份、巯基苯并噻唑0.2份、氢氧化钴12份、荧光微球20份、乙二醇35份、糠醛5份、氯铂酸32份、维生素E 15份。
作为改进的是，荧光微球的材料为粒径为200-600nm的聚苯乙烯。
上述甲醇燃料电池用纳米复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将氢氧化钴分散在羟甲基纤维素中，超声分散混合均匀后，得到氢氧化钴溶液；
步骤2，将荧光微球加入到去离子水中，依次加入巯基苯并噻唑和糠醛的水溶液，热反应得巯基苯并噻唑包裹荧光微球；
步骤3，将氯铂酸溶解在去离子水中，25-30℃下搅拌1-3小时，至完全溶解，在加入纳米银、石墨烯、碳粉、乙二醇和维生素E，高速剪切机剪切10-15分钟后，再加入氢氧化钴溶液和巯基苯并噻唑包裹荧光微球，搅拌均匀，水热反应得到半成品；
步骤4，将半成品喷雾干燥后，烧结，即得纳米复合催化剂。
作为改进的是，步骤3中氯铂酸、氢氧化钴和荧光微球的质量比为0.1-0.4：1：8-12。
作为改进的是，步骤4中烧结温度为700-800℃。
有益效果：
本发明纳米复合催化材料，减少了铂金属的添加，降低了成本，通过改变载体的结构，扩大载体的孔隙率和比表面积，提高了负载的效果，保证了电流密度大，导电性好，且制备过程简单，可实现产业化。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍。
实施例1
一种甲醇燃料电池用纳米复合催化剂，包括以下按重量份数计的组分：纳米银1-8份、石墨烯1-8份、羟甲基纤维素10-18份、碳粉48-58份、巯基苯并噻唑0.1-0.5份、氢氧化钴10-18份、荧光微球14-23份、乙二醇25-42份、糠醛1-8份、氯铂酸20-45份、维生素E10-18份。
荧光微球的材料为粒径为200nm的聚苯乙烯。
上述甲醇燃料电池用纳米复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将氢氧化钴分散在羟甲基纤维素中，超声分散混合均匀后，得到氢氧化钴溶液；
步骤2，将荧光微球加入到去离子水中，依次加入巯基苯并噻唑和糠醛的水溶液，热反应得巯基苯并噻唑包裹荧光微球；
步骤3，将氯铂酸溶解在去离子水中，25℃下搅拌1小时，至完全溶解，在加入纳米银、石墨烯、碳粉、乙二醇和维生素E，高速剪切机剪切10-15分钟后，再加入氢氧化钴溶液和巯基苯并噻唑包裹荧光微球，搅拌均匀，水热反应得到半成品；氯铂酸、氢氧化钴和荧光微球的质量比为0.1：1：8；
步骤4，将半成品喷雾干燥后，700℃烧结，即得纳米复合催化剂。
用此催化材料制备燃料电池，电池的导电性好，运行稳定，电流密度为8.3 mA/cm2。
实施例2
一种甲醇燃料电池用纳米复合催化剂，包括以下按重量份数计的组分：纳米银6份、石墨烯4份、羟甲基纤维素12份、碳粉55份、巯基苯并噻唑0.2份、氢氧化钴12份、荧光微球20份、乙二醇35份、糠醛5份、氯铂酸32份、维生素E 15份。
荧光微球的材料为粒径为400nm的聚苯乙烯。
上述甲醇燃料电池用纳米复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将氢氧化钴分散在羟甲基纤维素中，超声分散混合均匀后，得到氢氧化钴溶液；
步骤2，将荧光微球加入到去离子水中，依次加入巯基苯并噻唑和糠醛的水溶液，热反应得巯基苯并噻唑包裹荧光微球；
步骤3，将氯铂酸溶解在去离子水中，28℃下搅拌2小时，至完全溶解，在加入纳米银、石墨烯、碳粉、乙二醇和维生素E，高速剪切机剪切12分钟后，再加入氢氧化钴溶液和巯基苯并噻唑包裹荧光微球，搅拌均匀，水热反应得到半成品；氯铂酸、氢氧化钴和荧光微球的质量比为0.2：1：10；
步骤4，将半成品喷雾干燥后，750℃烧结，即得纳米复合催化剂。
用此催化材料制备燃料电池，电池的导电性好，运行稳定，电流密度为12mA/cm2。
实施例3
一种甲醇燃料电池用纳米复合催化剂，包括以下按重量份数计的组分：纳米银8份、石墨烯8份、羟甲基纤维素18份、碳粉58份、巯基苯并噻唑0.5份、氢氧化钴18份、荧光微球23份、乙二醇42份、糠醛8份、氯铂酸45份、维生素E18份。
荧光微球的材料为粒径为600nm的聚苯乙烯。
上述甲醇燃料电池用纳米复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将氢氧化钴分散在羟甲基纤维素中，超声分散混合均匀后，得到氢氧化钴溶液；
步骤2，将荧光微球加入到去离子水中，依次加入巯基苯并噻唑和糠醛的水溶液，热反应得巯基苯并噻唑包裹荧光微球；
步骤3，将氯铂酸溶解在去离子水中，30℃下搅拌3小时，至完全溶解，在加入纳米银、石墨烯、碳粉、乙二醇和维生素E，高速剪切机剪切15分钟后，再加入氢氧化钴溶液和巯基苯并噻唑包裹荧光微球，搅拌均匀，水热反应得到半成品；氯铂酸、氢氧化钴和荧光微球的质量比为0.4：1：12；
用此催化材料制备燃料电池，电池的导电性好，运行稳定，电流密度为10.5 mA/cm2。
对比例
除不含维生素E外，其余同实施例2。
用此催化材料制备燃料电池，电池的导电性一般，运行稳定，电流密度为4.2 mA/cm2。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。