[發明專利]一種燃料電池專用非貴金屬水解制氫催化劑及制備方法

在審

• 申請號: 201810390911.8
• 申請日: 2018-04-27
• 公開（公告）號: CN108390073A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 陳慶;趙海林
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種燃料電池專用非貴金屬水解制氫催化劑及制備方法。將L?半胱氨酸、三聚氰胺和鉬酸銨均勻混合后，進行真空預燒結，接著采用熱等靜壓燒結爐進行煅燒，在高溫和各向均衡的高壓氣體的共同作用下，使氧化鉬顆粒碳化生成碳化鉬，氮化碳轉化為多孔碳材料，從而制得水解制氫催化劑。該方法通過真空預燒結+熱等靜壓工藝，制得的催化劑的晶粒尺寸較大，孔隙尺寸減小，相對密度和硬度較高，制得的催化劑為氮、硫元素摻雜的碳材料為多孔結構，超高密度的碳化鉬顆粒鑲嵌于多孔碳結構中形成復合材料，水解制氫催化性能力學，并且穩定性好。適合用于燃料電池專用氫的制備。

技術領域

本發明涉及水解制氫領域，具體涉及催化劑的制備，特別是涉及一種燃料電池專用非貴金屬水解制氫催化劑及制備方法。

背景技術

氫為一種可再生的二次能源，其熱值高，反應速度快，可通過多種反應途徑制得。氫在釋放能量后的副產物是水，對環境友好。目前雖然氫能還沒有得到廣泛應用，氫被譽為一個有前途的能源，用來減少我們對化石燃料的依賴，減少溫室氣體和其他有毒氣體的排放，造福環境，對氫能的研究和開發卻具有重要意義。制氫的途徑很多，既可將化合物重整、分解、光解或水解等方法制取，也可由電解水制得，或是利用產氫微生物進行發酵或光合作用來獲取氫氣。

隨著燃料電池的發展，對親的需求持續增加，高純、高效的制氫對燃料電池的發展極為重要。近年來，越來越多的注意力集中在通過可持續的電化學過程生產氫氣，為了實現高能量的水分解，用催化劑來減少析氫 反應（HER）的驅動能量是非常必要的。P/C是目前市場上產氫性能最好，最穩定的一種催化劑。但是由于其資源較少，成本較高，不能大規模的應用。越來越多的研究集中在追求與Pt具有類似的活躍性和穩定性的低成本替代品。在過去十年中，過渡金屬硫化物、氮化物、磷化物、碳化物已經作為有前途的電催化劑被報道。其中碳化鉬具有顯著的催化活性，歸因于其獨特的類似于貴金屬的電學和催化性能，在水解制氫領域的應用越來越受到重視。

中國發明專利申請號201510971074.4公開了一種還原石墨烯負載碳化鉬或鎢催化劑及其制備方法和應用。包括以下步驟：（1）采用含鉬或鎢的雜多酸、聚合物導體、石墨烯為原料，通過一鍋法合成雜多酸-聚合物導體/還原石墨烯復合材料；（2）在惰性氣體的保護下，于700~1100℃下熱處理2~5h，冷卻、酸洗，得還原石墨烯負載碳化鉬或鎢催化劑。

中國發明專利申請號201710474099.2公開了一種用于二氧化碳加氫反應的表面功能化碳化鉬-碳催化劑的制備方法，主要包括以下步驟：（1）以去離子水為溶劑，將海藻酸鈉與鉬酸銨溶液混合均勻后放入冷凍干燥箱中冷凍干燥；（2）在惰性氣氛下高溫焙燒，得到多孔石墨碳鑲嵌高分散性碳化鉬；（3）將制得的多孔石墨碳鑲嵌高分散性碳化鉬與尿素經過機械研磨后放入馬弗爐中，退火處理后得到表面功能化碳化鉬-碳催化劑。

中國發明專利申請號201710785956.0公開了一種石墨烯纏繞碳化鉬/碳微球電催化劑及其制備方法以及在酸性條件下電解水制氫中應用，包括以下步驟：（1）將鉬酸鹽和氧化石墨烯溶于水中，將殼聚糖溶于乙酸和水的混合溶劑中，然后將兩種溶液混合，一定速度下攪拌；（2）：將步驟（1）混合溶液通過噴霧干燥，然后收集固體粉末，在惰性氣體氛圍下高溫退火處理，得到石墨烯纏繞碳化鉬/碳微球電催化劑。

中國發明專利申請號201310589889.7公開了一種快速反應成膜法制備蛋殼型碳化鉬催化劑，該方法是將表面吸附有氧化鉬基團的載體加入到三聚氰胺溶液中，通過三聚氰胺與氧化鉬基團的快速反應在載體表面迅速生成由碳化鉬前驅體構成的膜，經熱解后形成蛋殼型碳化鉬催化劑。

根據上述，現有方案中用于水解制氫的碳化鉬等碳化物在經過高溫處理后碳化物會出現聚合現象，使得尺寸變大，比表面積減小，從而導致水解制氫性能差，穩定性不佳。鑒于此，本發明提出了一種燃料電池專用非貴金屬水解制氫催化劑及制備方法，可有效解決上述技術問題。

發明內容