[發明專利]一種以SOFC陽極負載銅鎳雙金屬催化劑的制備方法及其設備

有效

• 申請號: 201611175461.8
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106848336B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 梁波;張思龍;魯圣國
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;B01J19/18
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發明涉及一種以固體氧化物燃料電池(SOFC)陽極為載體的銅鎳雙金屬催化劑的制備方法及其設備，包括得到水熱反應前驅物，所得的水熱反應前驅物、SOFC陽極和溶液固定于特別訂制的水熱釜中，進行水熱反應，得到生長在SOFC陽極管上的分布均勻、結晶完好的銅的氧化物，再進行干燥；將水熱過的SOFC陽極管置于馬弗爐內煅燒氧化，得到去除雜質后的SOFC陽極管及管上銅氧化物；將煅燒后的SOFC陽極管放到有氫氣氛圍的管式爐中，進行還原反應，SOFC陽極中的NiO也被還原成Ni，所以可以得到以SOFC陽極為載體的銅鎳雙金屬催化劑。該設備為特制的水熱釜。

技術領域：

本發明屬于應用化工、能源領域，涉及固體氧化物燃料電池(SOFC)陽極負載銅、鎳雙金屬催化劑制備方法。

背景技術：

近年來，雙金屬催化劑在催化研究中十分活躍，研究表明：雙金屬催化劑的活性高于相應的單組分催化劑，且催化劑選擇性相差也很大。而本發明使用的YSZ負載銅、鎳雙金屬催化劑可以作為甲醇水蒸氣重整制氫(MSR)用催化劑。

固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種將碳氫燃料的化學能直接轉化為電能的能量轉化裝置，可以將SOFC陽極經過適當的設計改造，也會具有燃料氣體重整的功能，將碳氫燃料經過適當的鈍化和重整，使之轉化為小分子的氫氣和一氧化碳，才能順利進行電化學反應，產生電能。

催化劑常用的制備方法有浸漬法、沉淀法、熱溶解法、水熱法等。通過水熱法處理，可以得到結晶完好的粉體，理想的晶粒尺寸；并且水熱法制備工藝相比之下比較簡單，而以SOFC陽極作為載體，用水熱法使載體上生成銅，可以達到在載體上形成均勻納米銅顆粒的目的，增強其催化效果。

與傳統的制氫方法相比，甲醇重整制氫具有以下3個優點：

(1)制氫原料來源廣泛且價格低廉，甲醇作為一種常見的化工原料，既可以從化石資源中制得，又可從生物質中制得；

(2)氫元素利用率高，甲醇分子式為CH₃OH，含氫量高，能量密度高，氫氣的產率高；

(3)制氫裝置簡單，甲醇便于儲存和運輸，可以做成組裝式或可移動式甲醇制氫裝置。

發明內容：

本發明是為了制備一種以固體氧化物燃料電池(SOFC)陽極為載體的銅鎳雙金屬催化劑，主要用于碳氫燃料的重整，可以作為SOFC發電裝置的內部重整器或者外部重整器。

為實現上述目的，制備一種以固體氧化物燃料電池(SOFC)陽極為載體的銅鎳雙金屬催化劑，本發明采用的技術方案分為如下步驟：

S11、取管狀SOFC陽極管置于五水硫酸銅、甲醛、氨水的反應液中恒溫水浴，得到水熱反應前驅物；

S12、將S11中所得的水熱反應前驅物、SOFC陽極和溶液固定于特別訂制的水熱釜中，進行水熱反應，得到生長在SOFC陽極管上的分布均勻、結晶完好的銅的氧化物，再進行干燥；

S13、將水熱過的SOFC陽極管置于馬弗爐內煅燒氧化，得到去除雜質后的SOFC陽極管及管上銅氧化物；

S14、將煅燒后的SOFC陽極管放到有氫氣氛圍的管式爐中，進行還原反應，SOFC陽極中的NiO也被還原成Ni，所以可以得到以SOFC陽極為載體的銅鎳雙金屬催化劑。

進一步的，在S11中，先將40～100ml的濃度為0.5mol/L的五水硫酸銅溶液置于60℃恒溫水浴之中，再投入管狀SOFC陽極材料(由YSZ和NiO組成)，恒溫水浴0.5-1小時后，再緩慢滴加3～20ml甲醛溶液和5～70ml氨水溶液，繼續水浴0.5～2小時，得到水熱前驅物和經過溶液充分浸泡的SOFC陽極管。

進一步的，在S12中，將S11所得液體、前驅物、SOFC陽極置于水熱釜之中。再放入干燥箱，升溫至150～250℃條件下反應5～15小時，得到水熱處理后的SOFC陽極管。