[發明專利]一種用于制備燃料電池用氫的三維陣列催化劑及制備方法

在審

• 申請號: 201810907862.0
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN109078637A
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 陳慶;廖健淞
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: B01J23/755
• 分類號: B01J23/755;C25B1/04;C25B11/06
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本發明提供了一種用于制備燃料電池用氫的三維陣列催化劑及制備方法。將碳布退火處理后浸泡與丙酮溶液中，浸入六水合硝酸鎳、檸檬酸及無水乙醇制成的透明溶膠，取出后高溫焙燒，得到表層負載氧化鎳納米線的碳布，進一步處理形成納米氧化鎳陣列，最后以硼酸鹽溶液為緩沖液，制得用于制備燃料電池用氫的三維陣列催化劑。該方法通過在碳布表面直接負載硼酸鎳陣列，提高了催化劑與碳布之間的結合力和電子輸運能力，同時多孔納米陣列增加了活性點位與電解質之間的界面接觸，提升了催化劑的催化活性和制氫效率，并且原料價格低廉，制備方法簡單，催化效率高，適宜于大規模生產。

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，具體涉及催化劑的制備，特別是涉及一種用于制備燃料電池用氫的三維陣列催化劑及制備方法和在制備燃料電池用氫的催化劑中的應用。

背景技術

能源是經濟社會發展的基礎，隨著世界各國對能源需求的不斷加大，煤炭、石油等傳統化石能源面臨枯竭的危機，資源短缺、環境污染等問題日益突出。尋找清潔、可再生的能源成為人類社會發展的必然。氫能源以其燃燒值高、清潔無污染、可再生等顯著優點而引起世界各國關注。目前全球90%以上的氫氣都是通過化石燃料制取的，如天然氣蒸汽重整制氫等。這些制氫方法沒有可持續性，不能從根本上解決能源危機和環境問題。從水中制取氫氣的方法因具有可持續性而有很好的開發前景。

電解水制氫技術已經得到工業化應用，全球約有4%的氫氣來源于電解水。傳統的堿性水溶液電解制氫因制氫效率低、電能損耗大而限制了其應用范圍。研究人員進行了大量的研究工作來提高制氫效率，研究內容主要包括低過電位電極材料、質子交換膜水電解、高溫水蒸氣電解以及使用催化劑等。其中催化劑因使用方面，價格低廉，效果好而廣受歡迎，傳統催化劑需要與碳球復合后負載與碳布上，提高其結合能力與催化效率成為制氫催化劑發展的重要課題。

中國發明專利申請號201610196544.9公開了一種高效多元過渡族金屬磷化物析氫催化劑及制備方法，該催化劑為Co_xFe_yP，通過水熱方法負載在碳布而成，其制備方法包括以下步驟：首先用水熱方法制備前軀體，將一定量的Co(NO₃)₂·6H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O的混合物，加入到去離子水中形成均勻的混合溶液，然后放入反應釜加入碳布(CC)作為載體，均勻加入濃氨水，密封加熱至110~120℃保溫9~10h，取出碳布干燥，得到前軀體。將前軀體進行低溫磷化，將NaH₂PO₂和所述前軀體分別放在管式爐的上流和下流，充入氮氣或惰性氣體，將管式爐加熱至300~350℃保溫2h以上，得到所述析氫催化劑。

中國發明專利申請號201611087829.5公開了一種金屬復合材料、其制備方法及應用與制氫電解槽，該金屬復合材料包括：三維載體；與負載在三維載體上的金屬復合氧化物；金屬復合氧化物由在還原氣氛中高溫煅燒的鎳鉬氧化物形成。與現有技術相比，該發明提供的金屬復合材料作為產氫催化劑具有較高的催化活性。

中國發明專利申請號201611167015.2公開了一種電解水制氫的催化劑，催化劑是碳擔載納米銅鉑合金。該發明的催化劑具有更多的活性位點，提高電化學催化效率；同時銅的加入減少了鉑的載量，進一步降低了成本；由于金屬間的協同作用，鉑銅合金可以有效的降低電化學反應的過電位，降低了電解池電壓，減少了能耗成本。

中國發明專利申請號201410448455.X公開了一種電解水制備氫氣催化劑材料的制備方法，將石墨碳納米結構-石墨烯復合碳紙浸泡在鉬和硫的前驅物溶液中，通過水熱或溶劑熱反應后，再經過反復洗滌得到硫化鉬與石墨碳納米結構-石墨烯復合碳紙材料，即為產品。

根據上述，現有方案中用于電解水制氫的傳統催化劑需要與碳球復合后負載與碳布上，需要大量粘結劑，結合能力較差的同時，影響其電子輸運能力，制約了制氫效率。

發明內容