[發(fā)明專利]一種以蛋白質(zhì)為原料的燃料電池氧還原催化劑及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611183755.5
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106848337B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何傳新;劉金鑫;范梁棟;張黔玲;劉劍洪
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;C01B32/05
• 代理公司: 深圳市君勝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

本發(fā)明提供了一種以蛋白質(zhì)為原料的燃料電池氧還原催化劑及制備方法，其中，制備方法包括：首先，將蛋白質(zhì)加入到去離子水中，攪拌30~60分鐘，得到均勻的蛋白質(zhì)溶液；然后，向上述蛋白質(zhì)溶液中加入導(dǎo)電炭黑和過渡金屬鹽，攪拌均勻后于120~240℃環(huán)境下，分多段加熱至溶劑蒸干，得到固體混合物；之后，在惰性氣氛保護下，將上述固體混合物在700~1100℃炭化1~3小時，得到炭化產(chǎn)物；最后，將上述炭化產(chǎn)物研磨后過篩，得到氧還原催化劑。該方法以蛋白質(zhì)為原料制備氧還原催化劑，不僅成本低廉、環(huán)境友好，而且催化性能較好，與貴金屬Pt催化劑的極限電流接近，有利于推廣應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，尤其涉及一種以蛋白質(zhì)為原料的燃料電池氧還原催化劑及制備方法。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池作為燃料電池的代表，能夠有效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，因具能量轉(zhuǎn)換效率高，功率密度高，啟動快，零排放等特點，被認(rèn)為是應(yīng)用前景較好的移動能源裝置。但是，質(zhì)子交換膜燃料電池尚未廣泛應(yīng)用，原因在于，其工作過程中，需使用大量的Pt基催化劑，才能完成氧還原反應(yīng)。而Pt基氧還原反應(yīng)催化劑的成本高、活性低和耐久性不足，限制了質(zhì)子交換膜燃料電池的進一步發(fā)展和推廣應(yīng)用。因此，研究制備出活性和穩(wěn)定性高的非貴金屬氧氣還原反應(yīng)催化劑對于質(zhì)子交換膜燃料電池的商業(yè)化應(yīng)用是至關(guān)重要的。

對于非貴金屬催化劑的制備材料，人們的研究重點逐漸由昂貴的或有化學(xué)危害的高分子聚合物轉(zhuǎn)向可再生生物質(zhì)，主要體現(xiàn)在含氮前驅(qū)體的選擇上。中國專利CN103801342A公開了一種利用動物骨頭制備多空材料的方法，并應(yīng)用于制備燃料電池電極催化劑，取得一定的氧還原反應(yīng)性能，但是遠遠不能達到商業(yè)化應(yīng)用的要求。然而，動物骨頭不僅物理組成和化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，合成工藝難以控制，對于催化活性的形成機理研究較為困難，不利于成本低、活性高和耐久性好，適合與商業(yè)化應(yīng)用的氧氣還原反應(yīng)催化劑的研發(fā)。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種以蛋白質(zhì)為原料的燃料電池氧還原催化劑及制備方法，旨在解決現(xiàn)有的氧氣還原反應(yīng)催化劑的成本高、活性低和耐久性不足的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種以蛋白質(zhì)為原料的燃料電池氧還原催化劑的制備方法，其中，包括：

步驟A、將蛋白質(zhì)加入到去離子水中，攪拌30~60分鐘，得到均勻的蛋白質(zhì)溶液；

步驟B、向上述蛋白質(zhì)溶液中加入導(dǎo)電炭黑和過渡金屬鹽溶液，攪拌均勻后于120~240℃環(huán)境下，分多段加熱至溶劑蒸干，得到固體混合物；其中，導(dǎo)電炭黑與蛋白質(zhì)的質(zhì)量比為0.5~1，過渡金屬鹽中的金屬離子與蛋白質(zhì)的質(zhì)量比為0.05~0.2；

步驟C、在惰性氣氛保護下，將上述固體混合物在700~1100℃炭化1~3小時，得到炭化產(chǎn)物；

步驟D、將上述炭化產(chǎn)物研磨后過篩，得到氧還原催化劑。

所述的以蛋白質(zhì)為原料的燃料電池氧還原催化劑的制備方法，其中，所述步驟B中攪拌過程為磁力攪拌6~12h。

所述的以蛋白質(zhì)為原料的燃料電池氧還原催化劑的制備方法，其中，所述步驟B中，每段加熱時間為9~24小時。

所述的以蛋白質(zhì)為原料的燃料電池氧還原催化劑的制備方法，其中，所述步驟B中分三段加熱，第一段加熱溫度為120℃、第二加熱段溫度為180℃、第三段加熱溫度為240℃。

所述的以蛋白質(zhì)為原料的燃料電池氧還原催化劑的制備方法，其中，步驟C中炭化溫度為900~1000 ℃。

所述的以蛋白質(zhì)為原料的燃料電池氧還原催化劑的制備方法，其中，在氮氣或氬氣保護下進行炭化。