[發(fā)明專利]一種制氫能專用石墨烯包覆納米合金催化劑及制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810810231.7
• 申請日: 2018-07-23
• 公開（公告）號: CN109012692A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳慶;廖健淞
• 申請（專利權(quán)）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;C25B1/04
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本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，公開了一種制氫能專用石墨烯包覆納米合金催化劑及制備方法。包括如下制備過程：（1）在含硼多環(huán)芳烴、過渡金屬醋酸鹽中加入絡(luò)合劑，制得金屬?有機配體；（2）在金屬?有機配體中加入催化劑，低溫?zé)峤馓幚砗笤俑邷靥蓟幚恚频檬┌驳募{米合金顆粒催化劑。本發(fā)明通過硼摻雜有機相與納米合金形成金屬?有機配體，可有效保護合金內(nèi)核，顯著提高了催化劑的穩(wěn)定性，同時硼原子摻雜有利于活化石墨烯，升了催化劑的催化活性和制氫效率，并且制備方法簡單，成本低廉，適宜于大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，具體公開了一種制氫能專用石墨烯包覆納米合金催化劑及制備方法。

背景技術(shù)

能源危機和環(huán)境污染已日益嚴(yán)重，威脅著人類的生存和發(fā)展。發(fā)展可再生能源，走可持續(xù)發(fā)展道路成為各國學(xué)者研究的焦點。但由于太陽能、風(fēng)能等可再生能源的間歇性和不宜儲存及運輸?shù)冗玻枰环N高效清潔的能源載體作為可再生能源和用戶之間的橋梁。為解決全球面臨的能源危機帶來了無限曙光，特別是在燃料電池的應(yīng)用方面具有極為優(yōu)異的前景，而制氫技術(shù)成為氫能源領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵。

在制氫技術(shù)中，電解水析氫是目前最有效的制氫方法，為降低過電勢、提高反應(yīng)速率，電催化劑的應(yīng)用必不可少。高效電解水需要用到昂貴的貴金屬催化劑和對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重的強酸性電解液，這使得高成本、低產(chǎn)出與安全性問題成為了主要的制約因素。

電解水產(chǎn)氫的另一大優(yōu)勢在于原料來源廣泛，各種酸堿性電解液、工業(yè)廢水以及海水都可作為天然的制氫原料，這就需要催化劑在全pH電解液中都表現(xiàn)出高催化活性。電解水制氫由于其優(yōu)良的理論性能和氫產(chǎn)物的高純度，受到研究人員的廣泛關(guān)注和研究。但電解水制氫由于成本較高，催化劑使用貴金屬的缺點，嚴(yán)重限制了其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。因此，具有高催化活性及穩(wěn)定性的催化劑在制氫技術(shù)中起著舉足輕重的作用。

中國發(fā)明專利申請?zhí)?01410122907.5公開了一種用于電分解水制氫的催化劑，催化劑為非晶Ni-B，鎳與硼的原子比為2.7；所述催化劑為外觀呈球形的顆粒狀材料，小球的直徑范圍為40~120nm，顆粒內(nèi)部為花狀結(jié)構(gòu)，比表面極大，有利于分解水析氫催化反應(yīng)；所述催化劑適用的溶液pH值范圍為0~14。該發(fā)明還提供了一種所述的催化劑的制備方法，包括如下步驟：采用化學(xué)鍍方法將非晶Ni-B負(fù)載于載體表面，化學(xué)鍍液中B與Ni投料原子比為3.0~10.0。本發(fā)明成功地將非晶Ni-B應(yīng)用于分解水催化析氫反應(yīng)，且其反應(yīng)活性可與鉑媲美。非晶Ni-B的析氫過電位低，催化效率高，性能穩(wěn)定，價格低廉，制備簡單，成為目前代替貴金屬Pt催化劑的最為理想的催化劑之一。

中國發(fā)明專利申請?zhí)?01710112030.5公開了一種非貴金屬基二維MoS₂/石墨烯水還原催化劑以及其制備方法和應(yīng)用。二維MoS₂/石墨烯可以有效地應(yīng)用在光催化還原水制備氫氣中。本發(fā)明的二維MoS₂/石墨烯水還原催化劑其化學(xué)通式為：(MoS₂)_x(石墨烯)_y，x :y為MoS₂與石墨烯的質(zhì)量比，x : y＝50-0.25 : 1。該發(fā)明的催化劑通過水熱法制備，利用MoS₂優(yōu)異的質(zhì)子還原能力和石墨烯良好的電荷傳輸能力協(xié)同增強其催化水還原制氫的性能。

根據(jù)上述，現(xiàn)有方案中用于電解水制氫的貴金屬催化劑成本昂貴，嚴(yán)重限制了其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，并且時由于金屬催化劑在反應(yīng)過程中受水、碳氧化物等干擾，易發(fā)生毒化失活，導(dǎo)致催化活性和穩(wěn)定性較低，使用壽命嚴(yán)重下降。

發(fā)明內(nèi)容

目前應(yīng)用較廣的用于電解水制氫的貴金屬催化劑成本昂貴，并且時由于金屬催化劑在反應(yīng)過程中受水、碳氧化物等干擾，存在易被毒化失活，導(dǎo)致催化活性和穩(wěn)定性較低，使用壽命短等問題，本發(fā)明提出了一種用于制備燃料電池用氫的制氫能專用石墨烯包覆納米合金催化劑及制備方法，可有效解決上述技術(shù)問題。

為解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：