[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于制備燃料電池用氫的硅納米線催化劑及制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810803237.1
• 申請(qǐng)日: 2018-07-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108970607A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳慶;廖健淞
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B01J23/42
• 分類(lèi)號(hào): B01J23/42;B01J35/02;C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明屬于燃料電池的技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種用于制備燃料電池用氫的硅納米線催化劑及制備方法。該方法通過(guò)制備金屬?有機(jī)配體，并吸附于硅納米線的表面，然后采用氫氟酸和雙氧水進(jìn)行刻蝕，制得貴金屬?gòu)?fù)合硅納米線催化劑。與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明的制備的貴金屬?gòu)?fù)合硅納米線催化劑，通過(guò)具有強(qiáng)力氫離子吸附性能的貴金屬納米顆粒吸附氫離子，轉(zhuǎn)移至弱氫離子吸附性能的硅基表面進(jìn)行析氫，用于電解水制氫時(shí)催化效率高，制氫效率好，可廣泛用于電解水制氫領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池的技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種用于制備燃料電池用氫的硅納米線催化劑及制備方法。

背景技術(shù)

隨著化石燃料的日趨枯竭和其帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，人們迫切需要更有效的利用化石燃料及開(kāi)發(fā)清潔、價(jià)廉的新能源。氫以其儲(chǔ)量豐富、清潔、高效、便于運(yùn)輸、環(huán)境友好等特點(diǎn)在新能源開(kāi)發(fā)中脫穎而出。氫氣用于燃料電池，其化學(xué)能-電能轉(zhuǎn)化比內(nèi)燃機(jī)高3~4倍，因此歐、美、日等國(guó)家投入了大量的人力和財(cái)力開(kāi)發(fā)高效燃料電池，并且將此種電源應(yīng)用于汽車(chē)、宇宙飛船和航天飛機(jī)等各個(gè)領(lǐng)域。

制造氫氣的原料目前主要是碳?xì)浠衔铮航?、輕油、天然氣），甲醇、乙醇以其含氫量高、價(jià)廉、易儲(chǔ)存、運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn)在制氫研究中也受到廣泛重視，近年來(lái)研究人員將目光投向了利用可再生資源制氫的研究，特別是利用水解制氫，具有工藝簡(jiǎn)單，無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，隨著電解水工藝、設(shè)備的不斷改進(jìn)，電解水制氫的發(fā)展前景越來(lái)越受到重視。

在電解水制氫技術(shù)中，催化劑起著非常關(guān)鍵的作用，目前，電解水的主要催化劑為貴金屬材料。貴金屬材料的析氫電位較低，催化性能較好，在催化過(guò)程中，為了提高析氫效率，氫離子的吸附能和解吸能需要控制在一個(gè)平衡的位置，使貴金屬催化劑的催化性能無(wú)法完全發(fā)揮。因此，對(duì)于貴金屬材料基的復(fù)合材料提高其催化性能的研究具有十分重要的意義。

目前國(guó)內(nèi)外在電解水制氫技術(shù)，尤其是電解水制氫貴金屬催化劑方面已取得了一定成效。其中汪漢斌等人發(fā)明了一種復(fù)合光解水催化劑及其制備方法（中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01510260324.3），此發(fā)明，通過(guò)在制備的Zn_xCd_1-xS半導(dǎo)體的材料上復(fù)合Pt基合金，獲得了一種復(fù)合光解水產(chǎn)氫催化劑；該發(fā)明提供的制備方法能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體與金屬的緊密結(jié)合，有利于提高半導(dǎo)體的催化制氫效率；得到的復(fù)合光解水產(chǎn)氫催化劑在可見(jiàn)光輻照下具有良好的光催化產(chǎn)氫效果，其光催化的穩(wěn)定性高；另外利用Pt基合金來(lái)替代純Pt作為助催化劑，在提高催化劑的產(chǎn)氫效率的同時(shí)又減少了貴金屬用量，這對(duì)于太陽(yáng)能制氫技術(shù)的開(kāi)發(fā)與利用具有積極意義。另外，唐林等人發(fā)明了一種多壁碳納米管基貴金屬催化劑及其制備方法（中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01711029571.8），該材料的化學(xué)組成CNT/Y/MOFs，其中Y為貴金屬納米顆粒，選自金、銀、鉑和鈀中的一種；MOFs為Co-MOF-74；該發(fā)明還提供了所述多壁碳納米管基貴金屬催化劑的制備方法，所得的多壁碳納米管基貴金屬催化復(fù)合材料具有良好的熱穩(wěn)定性，同時(shí)催化劑中的金屬有機(jī)骨架外殼內(nèi)的孔道可促進(jìn)反應(yīng)物與貴金屬納米顆粒的充分接觸，從而有利于提高催化反應(yīng)的催化效率；該納米復(fù)合材料在諸如汽車(chē)尾氣處理、甲烷重整反應(yīng)、污染物降解和光解水制氫等化學(xué)反應(yīng)中有優(yōu)異的應(yīng)用前景。

可見(jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中的用于電解水制氫的貴金屬催化劑存在析氫能力欠佳，應(yīng)用催化性能無(wú)法完全發(fā)揮，催化活性和催化效率較低，制氫效果不理想等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)這種情況，我們提出一種用于制備燃料電池用氫的硅納米線催化劑及制備方法，可有效提高催化劑的催化效率，制氫效果好。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的具體技術(shù)方案如下：

一種用于制備燃料電池用氫的硅納米線催化劑的制備方法，通過(guò)制備金屬-有機(jī)配體，并吸附于硅納米線的表面，然后采用氫氟酸和雙氧水進(jìn)行刻蝕，制得貴金屬?gòu)?fù)合硅納米線催化劑，制備的具體步驟如下：

（1）將無(wú)機(jī)金屬鹽化合物溶解于去離子水中，然后加入絡(luò)合劑、絮凝劑，形成金屬-有機(jī)配體的溶液體系；