[發明專利]一種Ag/C催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201810453969.2
• 申請日: 2018-05-14
• 公開（公告）號: CN108767274A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 金具濤;蔡仕荊
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90
• 代理公司: 深圳碩界知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 44457
• 代理人: 胡小蓉

本發明提供一種Ag/C催化劑及其制備方法，其中制備方法為：在室溫下，使用AgNO₃溶液浸漬納米碳粉，邊攪拌邊滴加堿金屬鹵鹽溶液，過濾后得到AgX/C前驅體，X為鹵素，AgX/C前驅體分散在有機溶劑中配成漿液，通過電化學還原后得到Ag/C。依據上述的制備方法，由于電化學還原過程中會產生呈棒狀結構的銀，銀顆粒上具有較高密度的缺陷位，這些缺陷位的存在大大提高了催化劑的催化活性。同時，電化學還原在室溫下進行，反應較易控制，條件溫和，適宜大批量制備。

技術領域

本發明涉及及燃料電池催化劑領域，具體涉及一種Ag/C催化劑及其制備方法。

背景技術

燃料電池作為一種能量轉化效率高、無噪音、無污染的發電技術，是理想的能源利用方式。隨著燃料電池技術不斷成熟，燃料電池的商業化應用存在著廣闊的發展前景。銀作為燃料電池陰極氧還原反應（ORR）催化劑具有原料成本低，儲量豐富，導電性好、壽命長等優勢。在堿性電解質中，銀催化劑具有較高的催化活性，尤其是對過氧化氫分解作用較強，是堿性陰離子交換膜燃料電池用陰極電催化劑的一個重要的發展方向。然而采用普通方法制備的銀基催化劑在堿性條件下同鉑金催化劑還有較大的差距。根據吸附火山型理論，多項催化反應的必要步驟是至少一種反應分布在表面上吸附，要使反應易于進行，要求化學吸附不宜太強，也不能太弱。太強不利于吸附粒子在表面遷移，接觸和反應，太弱則會在反應之前脫附流失。因為銀在火山型左側，屬于弱吸附金屬，但是活化之后有較大的表面能，吸附力增強，從而使吸附氧氣能力增強。表現出整體更小的氧還原反應的能壘，可以有效提升氧還原活性。對于銀基催化劑而言，其活性較低主要源于銀催化劑對氧的吸附能力較弱。

為了提高催化劑的性能，研究人員對Ag/C催化劑制備方法開展廣泛研究，各種不同方法制備的Ag/C被用來提高堿性陰離子交換膜燃料電池陰極氧還原的性能。這些方法包括硝酸銀溶液浸漬法、氧化銀還原法、微乳液法以及溶劑化金屬原子浸漬法等。然而通常條件下制備的銀催化劑的過程中，銀的結晶過程都是在接近平衡條件下進行，暴露出的表面也通常為低能表面。降低顆粒尺寸可以提高表面原子的暴露比例，降低表面銀原子的配位數，改善其催化性能。然而小顆粒的Ag/C催化劑極易發生團聚從而使粒徑增大，比表面積下降，從而在一定程度上影響Ag/C催化劑的電催化活性。

發明內容

為解決上述問題，本申請提供一種Ag/C催化劑及其制備方法，該制備方法步驟簡單，條件溫和，并有利于提高Ag/C催化劑的電催化活性。

根據第一方面，一種實施例中提供一種Ag/C催化劑的制備方法，在室溫下，使用AgNO₃溶液浸漬納米碳粉，邊攪拌邊滴加堿金屬鹵鹽溶液，過濾后得到AgX/C前驅體，X為鹵素，AgX/C前驅體分散在有機溶劑中配成漿液，通過電化學還原后得到Ag/C。

進一步地，電化學還原的方法為脈沖方波法，循壞伏安法，恒電位法或恒電流法。

進一步地，在恒電位法中，恒電位設為-0.3~-0.8v。

進一步地，在電化學還原中使用三電極體系，AgX/C前驅體涂于工作電極，鉑片為對電極，汞/氧化汞電極為參比電極。

進一步地，在電化學還原中，使用濃度為0.1M的NaOH溶液作為電解液。

在其中一種實施例中，該制備方法的具體步驟包括：

浸漬：稱量定量的AgNO₃溶液浸漬納米碳粉，邊磁力攪拌邊保持一定速度滴加定量的堿金屬鹵鹽溶液，抽濾干燥后得到AgX/C前驅體，X為鹵素；

負載：在室溫條件下，將AgX/C前驅體研磨至粉末，稱取定量粉末分散在乙醇中進行稀釋，超聲后得到分散均勻的漿液，將所述漿液中的AgX/C前驅體負載于玻碳電極表面，烘干；

電化學還原：通過電化學工作站對玻碳電極表面的AgX/C前驅體進行電化學還原，得到呈棒狀銀結構的Ag/C。