[發(fā)明專利]一種碳球負(fù)載RhCo合金電催化劑的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710665110.3
• 申請(qǐng)日: 2017-08-07
• 公開（公告）號(hào): CN107230791A
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳煜;翟亞南;李淑妮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/88
• 分類號(hào): H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責(zé)任公司61201
• 代理人: 高雪霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電催化和能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于堿性直接甲醇燃料電池的碳球負(fù)載RhCo合金電催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

近年來，堿性直接甲醇燃料電池吸引了相當(dāng)多的關(guān)注。作為一種理想的能源供應(yīng)系統(tǒng)的便攜式電子設(shè)備，其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)包括：(i)在堿性介質(zhì)中，甲醇的氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)得到改善；(ii)在堿性介質(zhì)中，氧氣還原反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)提升；(iii)堿性介質(zhì)中的非貴金屬陰極電催化劑(如碳材料和鈣鈦礦型氧化物)得到了廣泛地應(yīng)用；(iv)簡(jiǎn)單的水反應(yīng)體系。Pd作為替代Pt的電催化劑，其納米晶體已被廣泛地應(yīng)用到堿性直接甲醇燃料電池中。研究表明，在酸性或堿性介質(zhì)中，碳載Rh基納米晶體陽(yáng)極電催化劑具有比Pd基納米晶更高的醇氧化反應(yīng)電催化活性，因此碳載Rh基納米晶體的合成具有重要的意義。

目前報(bào)道的工作表明，貴金屬納米晶體的催化活性和耐久性與它們的大小和形貌高度相關(guān)，尤其是碳材料負(fù)載的雙金屬，由于其比表面積大、良好的導(dǎo)電性、快速的傳質(zhì)過程以及少得令人驚訝的奧斯特瓦爾德熟化，大大改善了貴金屬(如Pt、Pd和Au)在許多重要的電化學(xué)反應(yīng)(如甲醇氧化反應(yīng)、氧還原反應(yīng)和乙醇氧化反應(yīng)等)中的催化活性和耐久性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種在常壓條件下低溫制備粒子尺寸小、分散性好的碳球負(fù)載RhCo合金電催化劑的方法。

解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：按照銠元素與鈷元素的摩爾比為1:5～5:1，將銠的可溶性鹽與鈷的可溶性鹽加入蒸餾水中，混合均勻，所得混合液用Na₂CO₃水溶液調(diào)節(jié)pH至8～9，在40～60℃下攪拌反應(yīng)4～8小時(shí)，然后用NaBH₄還原，離心分離、洗滌、真空干燥，得到碳球負(fù)載RhCo合金電催化劑。

上述制備方法中，優(yōu)選銠元素與鈷元素的摩爾比為1:3～3:1。

上述制備方法中，所述NaBH₄用量為鈷元素與銠元素總摩爾量的50～150倍。

上述制備方法中，進(jìn)一步優(yōu)選在50℃下攪拌反應(yīng)6小時(shí)。

上述銠的可溶性鹽為氯化銠、硝酸銠、醋酸銠中的任意一種，鈷的可溶性鹽為氯化鈷或硝酸鈷。

本發(fā)明以具有水解性的Na₂CO₃為預(yù)沉淀劑，以NaBH₄為還原劑，在常壓、低溫條件下一步將Rh₂O₃/Co(OH)₂還原成高度分散性、粒子尺寸小而均一的RhCo納米粒子。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單易行，且產(chǎn)率較高，適合工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)，制備得到的碳球負(fù)載RhCo合金具有高度的分散性、高的比表面積、高的活性位點(diǎn)，在水中表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性，能有效抑制奧斯特瓦德爾熟化效應(yīng)，與商業(yè)化E-TEK Pd碳催化劑相比，在甲醇氧化反應(yīng)(MOR)方面展現(xiàn)出更優(yōu)異的電催化活性，可作為堿性直接甲醇燃料電池的陽(yáng)極催化劑。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1制備的碳球負(fù)載RhCo合金電催化劑的XRD圖譜。

圖2是實(shí)施例1制備的碳球負(fù)載RhCo合金電催化劑的TEM圖。

圖3是實(shí)施例2制備的碳球負(fù)載RhCo合金電催化劑的TEM圖。

圖4是實(shí)施例3制備的碳球負(fù)載RhCo合金電催化劑的TEM圖。

圖5是實(shí)施例1制備的碳球負(fù)載RhCo合金電催化劑與E-TEK Pd碳催化劑在N₂飽和的1mol/L KOH水溶液中的CV圖。

圖6是實(shí)施例1制備的碳球負(fù)載RhCo合金電催化劑與E-TEK Pd碳催化劑在N₂飽和的含1mol/L CH₃OH的1mol/L KOH水溶液中的CV圖。

圖7是實(shí)施例2制備的碳球負(fù)載RhCo合金電催化劑與E-TEK Pd碳催化劑在N₂飽和的1mol/L KOH水溶液中的CV圖。

圖8是實(shí)施例2制備的碳球負(fù)載RhCo合金電催化劑與E-TEK Pd碳催化劑在N₂飽和的含1mol/L CH₃OH的1mol/L KOH水溶液中的CV圖。

圖9是實(shí)施例3制備的碳球負(fù)載RhCo合金電催化劑與E-TEK Pd碳催化劑在N₂飽和的1mol/L KOH水溶液中的CV圖。