[發明專利]M摻雜于Sex-Ru/C的一步溶劑熱制備方法及應用

在審

• 申請號: 201510650905.8
• 申請日: 2015-10-10
• 公開（公告）號: CN105363478A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發明（設計）人: 張傳香;趙媛;陶海軍;許帥;楊柳
• 申請（專利權）人: 南京工程學院;南京航空航天大學
• 主分類號: B01J27/057
• 分類號: B01J27/057;H01M4/90
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;夏恒霞

技術領域

本發明涉及M摻雜于Se_x-Ru/C的一步溶劑熱制備方法及應用，屬于材料合 成技術領域。

背景技術

在近幾年里，霧霾發生頻率之高、波及范圍之廣以及其污染程度的嚴重性 均前所未有。PM2.5爆表、空氣能見度降低、中小學停課、高速公路封閉等事 實不斷地警示我們，污染治理必須從源頭抓起，即減少污染物的排放，其中減 少化石能源的使用是行之有效的方法之一。同時由于化石能源的不可再生性， 因此清潔可再生能源的研究受到了越來越多的重視，直接甲醇燃料電池(Direct methanolfuelcell,DMFC)是以甲醇為燃料，具有其它類型低溫燃料電池不可比 擬的優點，如燃料來源豐富、價格便宜、電化學活性高、易于攜帶存儲等，特 別適合作為小型化電源或可移動電源，具有廣闊的應用前景。

DMFC有著巨大的應用價值，然而較高的成本和較短的壽命嚴重制約了其 商業化進程，這兩大問題的核心都與催化劑密不可分。目前，DMFC的陰極催 化劑仍以Pt系催化劑為主，盡管其負載量已可降至0.5mg/cm²以下，但由于Pt 資源稀少、價格昂貴，導致電池成本居高不下，限制了DMFC的商品化和規模 化生產。同時，陰極緩慢的氧還原(Oxygenreductionreaction,ORR)動力學、 陽極甲醇滲透以及中間氧化產物使Pt系催化劑中毒等問題也制約著DMFC技術 的大規模應用和發展。因此，探索低成本、高陰極催化活性以及抗甲醇滲透能 力強的非Pt催化劑就顯得尤為迫切，這也是突破燃料電池價格瓶頸的關鍵技術 之一。

目前，非Pt催化劑主要有過渡金屬硫族化合物、過渡金屬大環化合物以及 過渡金屬含氮載體復合物、過渡金屬氧化物等。其中過渡金屬硫族化合物在酸 性介質中ORR活性高、選擇性強、穩定性好，是一類很有前途的DMFC用陰極 催化劑材料。在此類催化劑的研究中，Alonso-Vante教授領導的課題組做出了 重要的貢獻。1986年，他們首先報道了具有Chevrel相結構的Mo_4.2Ru_1.8Se₈的 合成方法，并證明其在酸性介質中對ORR具有可以與Pt相比的催化活性(見 Alonso-VanteN.,TributschH.Energyconversioncatalysisusingsemiconducting transitionmetalclustercompounds.Nature,1986,333:431-432)。2000年，他們又 成功制備了Ru_1.92Mo_0.08SeO₄，并發現其具有很好電催化活性的同時對甲醇呈現 出完全的惰性(見SchmidtT.J.,PaulusU.A.,GasteigerH.A.,Alonso-VanteN., BehmR.J.OxygenreductiononRu1.92Mo0.08SeO4,Ru/carbon,andPt/carbonin pureandmethanolcontainingelectrolytes.J.Electrochem.Soc.,2000,147: 2620-2624)。之后過渡金屬硫族化合物得到了廣泛的研究，然而Ru作為另外一 種貴金屬，減少其用量，同時增強催化劑的穩定性和抗甲醇性能對推動直接甲 醇燃料電池的商業化有非常重要的意義。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種制備工藝簡單、周期 短、氧還原活性高且具有良好抗甲醇性能的M摻雜于Se_x-Ru/C的一步溶劑熱制 備方法及應用，即Ru_xM_ySe_z復合催化劑的溶劑熱原位制備方法及應用。

為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：

M摻雜于Se_x-Ru/C的一步溶劑熱制備方法，包括如下步驟：

S1、取0.6mmol釕鹽、0.2～0.6mmol亞硒酸、95.6mg活性炭及M源加入到 異丙醇溶劑中，超聲攪拌得到混合均勻的反應前驅液，所述M源為0.009mmol 鉬鹽或0.06mmol鉑源或0.06mmol鐵鹽；