一种燃料电池用Pt-Ni纳米线催化剂的制备方法

技术领域

本发明涉及燃料电池生产技术领域，特别涉及一种燃料电池用Pt-Ni纳米线催化剂的制备方法。

背景技术

现如今环境污染严重，能源短缺问题是人类面对的共同问题。随着氢能的发展，其有望成为下一代能源取代传统化石能源。燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高，另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命长。发展燃料电池技术也成为了当前重要的任务之一。

传统的商用催化剂是碳负载铂或铂合金纳米粒子，碳载体容易被腐蚀破坏，同时其成本居高不下，难以完成商业化推广。而其中，阴极催化剂由于其较高的过电势以及缓慢的动力学速率，成为了催化剂研发中的难点。因此，开发高性能、低载量的阴极催化剂是促进燃料电池商业化的重要手段。

现阶段中，商用催化剂采用大量的Pt来达到增加活性点位的目的。这种方法虽然增加了活性点位，满足催化要求，但也存在着明显的缺点：一是大大的增加了Pt的用量，提高了燃料电池成本；二是这种Pt催化剂容易发生团聚，团聚后其活性点位减少，会导致催化性能严重下降；三是大量的催化剂会导致有一部分催化剂包覆在内层，没有起到催化的作用，造成了浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池用Pt-Ni纳米线催化剂的制备方法，不需要模板，在反应过程中自行生长成为纳米线，无需大量化学试剂，便于操作。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种燃料电池用Pt-Ni纳米线催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将H

（2）取碳黑加入到步骤（1）制备的溶液中，超声分散，室温下静置反应72~120小时，然后用去离子水清洗，离心分离并室温干燥得到Pt纳米线粉；

（3）将NiCl

（4）将步骤（2）所得Pt纳米线粉加入到步骤（3）所得Ni源溶液中，室温下反应0.5~5小时后，用去离子水清洗，离心分离并室温干燥，得到Pt-Ni纳米线催化剂。

本发明不需要模板，在反应过程中自行生长成为纳米线，发明人推测其可能的原理为：由于线性结构具有最低能量，其生长趋势符合热力学原理，所以会以线性形式进行生长堆积。

步骤（1）中，H

步骤（1）中，所述结构稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮。聚乙烯吡咯烷酮作为稳定剂，保障纳米线结构稳定。

结构稳定剂的用量为H

步骤（1）中，纯水的用量为H

步骤（2）中，碳黑的用量为H

步骤（3）中，NiCl

步骤（3）中，NaOH溶液浓度为0.1M。

步骤（3）中，所得Ni源溶液中NiCl

步骤（4）中，1-100mgPt纳米线粉加入1-5mLNi源溶液中。

催化剂结构为纳米线，有效提升了催化剂的比表面积，提高催化能力。

本发明的有益效果是：不需要模板，室温下即可反应，能耗低，在反应过程中自行生长成为纳米线，无需大量化学试剂，便于操作。

附图说明

图1是本发明制备流程示意图。

图2是实施例1制得的Pt-Ni纳米线催化剂的微观形貌图。

图3是实施例1制得的Pt-Ni纳米线催化剂和20%商用Pt/C催化剂在0.1M高氯酸下的氧还原曲线；扫描区间为0.05V至1.2V（vs. RHE），扫描速度为20mV/s，电极转速为1600rpm。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1：

如图1所述是Pt-Ni纳米线催化剂制备的流程示意图。取100mg的H

取12mg的NiCl

本实施例制备的Pt-Ni纳米线燃料电池催化剂形成了长度约为15nm，宽度约为3nm的纳米线，成本较普通商用催化剂降低约3倍，并可以有效的实现载量降低；在0.1M高氯酸下测量LSV曲线，得到Pt-Ni纳米线催化剂SA和MA分别可达到0.4mA/cm

实施例2：

取60mg的H

取8.2mg的NiCl

本实施例制备的Pt-Ni纳米线燃料电池催化剂形成了长度约为20nm，宽度约为2nm的纳米线，并可以有效的实现载量降低；在0.1M高氯酸下测量LSV曲线，得到Pt-Ni纳米线催化剂SA和MA分别可达到0.48mA/cm

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。