[發明專利]碳化的載Pd中空陰離子交換樹脂微球H2O2電還原催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201410317156.2
• 申請日: 2014-07-04
• 公開（公告）號: CN104084196A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 王貴領;蔡莊;曲軍;張碩;曹殿學;王濱
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B01J23/44
• 分類號: B01J23/44;B01J35/10;H01M4/92
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技術領域

本發明涉及一種H₂O₂電還原催化劑的制備方法。

背景技術

以H₂O₂作為氧化劑的燃料電池，具有電化學活性高，易于儲存、運輸和操作等優點，可在一些特殊的環境(空間或者水下等無氧環境)代替O₂，尤其是在幾種有代表性的低溫燃料電池中的研究更是成為當下的研究熱點。利用過氧化氫取代氧氣作為氧化劑具有以下優點：氧氣還原是一個4電子過程，動力學速率慢，而過氧化氫的還原是一個2電子過程，具有較低的活化過電勢，因此具有更快的反應動力學速率；過氧化氫常溫下是液體，儲存運輸方便，特別適合空間、水下等無氧環境；液相進料使得以過氧化氫為氧化劑的燃料電池在操作過程中不需要潤濕過程，因此燃料電池結構更簡單，體積功率密度更大。過氧化氫作為陰極氧化劑在根據溶液pH值的不同可以發生以下兩種還原反應:

堿性介質：H₂O₂+2e＝2OH^-???(1)

酸性介質：H₂O₂+2H⁺+2e＝2H₂O???(2)

目前，用于過氧化氫電還原催化劑主要有：(1)貴金屬及其合金；(2)過渡金屬氧化物，如四氧化三鈷、偏鈷酸鎳等；(3)過渡金屬的大環化合物，如鐵卟啉、普魯士藍、酞菁鈷；(4)生物酶，如過氧化物酶；(5)其他，如硫酸鉛。無論是在酸性介質，還是在堿性介質中；也無論是貴金屬催化劑，還是非貴金屬催化劑，H₂O₂的電還原都存在兩個問題，一是電還原性能不佳，二是水解為氧氣逸出，參見(3)式。這導致了H₂O₂電還原性能低和利用率低的問題。

2H₂O₂＝2H₂O+O₂???(3)

水解產生的氧氣也可直接電還原，參見(4)式和(5)式。

酸性介質：O₂+2H⁺+4e＝2OH^-???(4)

堿性介質：O₂+2H₂O+4e＝4OH^-???(5)

水解產生的氧氣按(4)式和(5)式繼續電還原，不僅可以減少氧氣的逸出，還可增加H₂O₂電還原性能和提高H₂O₂的利用率。可參閱Kui?Cheng,Fan?Yang,Dongming?Zhang,Jinling?Yin,Dianxue?Cao,Guiling?Wang.Pd?nanofilm?supported?on?CTiO₂nanocone?core/shell?nanoarrays:A?facile?preparation?of?high?performance?electrocatalyst?for?H₂O₂electroreduction?in?acid?medium.Electrochimica?Acta,2013,105:115-120，以及王貴領，郝世陽，陸天虹，曹殿學，尹翠蕾.NiCo₂O₄納米線對H₂O₂電還原的催化性能.高等學?；瘜W學報，2010，31(11):2264–2267。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能提高H₂O₂的電還原性能和利用率的碳化的載Pd中空陰離子交換樹脂微球H₂O₂電還原催化劑的制備方法。

本發明的目的是這樣實現的：