[發明專利]一種中空納米碳球負載納米Ag顆粒燃料電池氧還原催化劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201810249976.0
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108232212B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 梁棟;黃太仲
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 李茜

本發明公開了一種中空納米碳球負載納米Ag顆粒燃料電池氧還原催化劑的制備方法，包括如下步驟：1)中空納米碳球的制備；2)將中空納米碳球分散到分散劑中，通過滴加油酸，使中空納米碳球的表面結合羧基活性基團；3)以上述中空納米碳球作為載體，加入硝酸銀作為銀源，并滴加乙二醇，利用檸檬酸進行還原，得到中空納米碳球負載納米Ag顆粒燃料電池氧還原催化劑。本發明以硝酸銀作為銀源，采用中空納米碳球作為載體，通過滴加油酸使得碳球表面活化，利用檸檬酸還原硝酸銀，并且通過滴加乙二醇，使得銀的顆粒更加細化，制備工藝操作簡潔，制備的產品顆粒均勻、負載量高。

技術領域

本發明屬于燃料電池電催化技術領域，尤其涉及一種中空納米碳球負載納米Ag顆粒燃料電池氧還原催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

隨著化石能源的日益枯竭，以及在使用過程中對環境的污染，要求我們盡快開發清潔、可再生能源。燃料電池是目前極具潛力的一種高效綠色清潔能源轉換系統，是繼火力、水力和核能發電之后的第四類發電技術，是一種將燃料(氫氣、天然氣、醇類等)與氧化劑(氧氣)反應的化學能，通過電化學反應而不需要經過燃燒，直接轉化成電能的電化學反應裝置[周崇林，魏先全，姜寧寧，等。燃料電池應用及前景，瀘天化科技，2009,4：409-412]。黃幼菊等人也對燃料電池陰極催化劑做了一定的深入研究[黃幼菊，黃丹青，黃紅良，等。燃料電池催化劑的研究現狀，電池工業，2007，01:57-60]。

陰極氧還原反應(ORR)是限制質子交換膜燃料電池(PEMFC)和直接甲醇燃料電池(DMFC)性能的重要因素。目前，人們認為ORR主要通過兩種途徑發生，即四氫四電子的完全還原生成水的過程和二氫二電子的部分還原生成過氧化氫的過程。

現如今應用較廣的燃料電池陰極催化劑是Pt/C催化劑，但是因Pt電極成本高、耐久性低、資源缺乏，且易中毒嚴重[Zhang,L.；Zhang,J.；Wilkinson,D.P.；Wang,H.J.PowerSources 2006,156,171.]制約了燃料電池大規模應用和商業化發展。故急需開發廉價、耐用、高效和穩定的非鉑基陰極氧還原催化劑。

碳材料由于制備簡單、易于大規模生產并有良好的化學性能、機械穩定性，被人們廣泛地用于燃料電池催化劑載體。Honda等首次從瀝青中制備得到微米級的碳球[H Honda,H Kimura,Y Sanada,et al.Carbon,1970,8(2):181～183]，具有化學穩定性和熱穩定性強、低密度、比表面積可控、抗壓強度高、化學惰性大等優點，因此納米碳球在燃料電池、催化劑載體、鋰離子電池負極材料、超級電容器電極材料等方面具有廣泛的應用前景。杜建平等綜述了納米碳顆粒在催化劑中的應用，[杜建平,趙瑞花,于峰,等.納米碳顆粒在催化中的應用及前景[J].材料導報,2010,24(17):49-52]，劉云芳在納米碳球摻雜方面有了進一步的研究，[劉云芳,遲偉東,劉博,等.負載納米鐵顆粒的碳納米球的制備及磁性能研究[J].北京化工大學學報(自然科學版),2011,38(2):58-62]。說明納米碳球在燃料電池催化劑領域已經取得了不小的突破。

發明內容

本發明的目的在于提供一種中空納米碳球負載納米Ag顆粒燃料電池氧還原催化劑及其制備方法與應用。本發明以中空納米碳球作載體，提供較高的比表面積，金屬銀顆粒作為活性中心位點，以達到較高的氧還原催化活性。本發明通過一系列的處理增加中空納米碳球上銀顆粒的負載量得到一種以中空納米碳球為載體，銀顆粒為活性位的燃料電池氧還原催化劑，展現出該材料優異的氧還原性能及其在燃料電池中的應用。

本發明是通過如下技術方案實現的，本發明提供一種中空納米碳球負載納米Ag顆粒燃料電池氧還原催化劑的制備方法，包括如下步驟：

S101：中空納米碳球的制備；