[發(fā)明專利]一種用于催化燃料電池陰極反應(yīng)的催化劑的制備方法有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201811515305.0 | 申請(qǐng)日： | 2018-12-12 |
| 公開(kāi)（公告）號(hào)： | CN109494378B | 公開(kāi)（公告）日： | 2021-08-24 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 崔鳳娟;鄧慶芳;徐蕾;王環(huán)宇;趙樺萍;王政軍 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 齊齊哈爾大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | H01M4/88 | 分類號(hào)： | H01M4/88;H01M4/90;H01M8/083 |
| 代理公司： | 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206 | 代理人： | 高媛 |
| 地址： | 161006 黑*** | 國(guó)省代碼： | 黑龍江;23 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 用于 催化 燃料電池 陰極 反應(yīng) 催化劑 制備 方法 | ||
一種用于催化燃料電池陰極反應(yīng)的催化劑的制備方法，屬于碳材料制備技術(shù)領(lǐng)域。所述方法如下：室溫下，將離子液體和三聚氰胺按照一定的質(zhì)量比混合，研磨均勻，然后將其置于管式爐中，在氬氣氛圍下，升溫至550℃并保持3h，再升溫至900℃并煅燒2h后，自然冷卻至室溫，即得到用于催化燃料電池陰極反應(yīng)的催化劑。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單、成本低、制備得到的雜原子摻雜碳材料用于燃料電池陰極催化劑材料中。本發(fā)明的方法易于實(shí)施，實(shí)驗(yàn)所用儀器簡(jiǎn)單。以三聚氰胺為C和N源，離子液體BmimPF6為P，F(xiàn)雜原子源，通過(guò)煅燒反應(yīng)制備了N，P，F(xiàn)?三摻雜碳材料，并將其作為非金屬陰極氧還原催化劑。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于碳材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于催化燃料電池陰極反應(yīng)的催化劑的制備方法。
背景技術(shù)
化石燃料在帶給人類繁榮的經(jīng)濟(jì)和快捷的生活的同時(shí)，也帶來(lái)了環(huán)境污染和能源危機(jī)，為了追求清潔的新能源，燃料電池被認(rèn)為是綠色環(huán)保低排放且是本世紀(jì)最有可能替代消耗殆盡的化石燃料的能源技術(shù)之一。然而，燃料電池核心反應(yīng)－O2在陰極催化劑上的氧還原反應(yīng)(ORR)動(dòng)力學(xué)過(guò)程非常緩慢，需要在高效催化劑催化下才能較快地發(fā)生。目前，活性最高的ORR電催化劑仍是價(jià)格昂貴、儲(chǔ)量有限、選擇性和穩(wěn)定性差的Pt系催化劑，致使燃料電池迄今仍未得到廣泛的應(yīng)用。因此針對(duì)高效、穩(wěn)定、低成本、選擇性好的新型ORR電催化劑的研發(fā)對(duì)推動(dòng)燃料電池商業(yè)化有著非常重要的作用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決目前燃料電池陰極催化劑成本高、不穩(wěn)定、選擇性和穩(wěn)定性差的問(wèn)題，提供一種用于催化燃料電池陰極反應(yīng)的催化劑的制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：
一種用于催化燃料電池陰極反應(yīng)的催化劑的制備方法，所述的方法具體步驟如下：
室溫下，將離子液體和三聚氰胺按照0.3～2.0：1的質(zhì)量比混合，研磨均勻，然后將其置于管式爐中，在氬氣氛圍下，升溫至550℃并保持3h，再升溫至900℃并煅燒2h后，自然冷卻至室溫，即得到用于催化燃料電池陰極反應(yīng)的催化劑。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單、成本低、制備得到的雜原子摻雜碳材料用于燃料電池陰極催化劑材料中。本發(fā)明的方法易于實(shí)施，實(shí)驗(yàn)所用儀器簡(jiǎn)單。以三聚氰胺為C和N源，離子液體Bmim PF6為P，F(xiàn)雜原子源，通過(guò)煅燒反應(yīng)制備了N，P，F(xiàn)-三摻雜碳材料，并將其作為非金屬陰極氧還原催化劑。其形貌和結(jié)構(gòu)通過(guò)掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和X射線衍射技術(shù)進(jìn)行表征，通過(guò)線性伏安掃描法和計(jì)時(shí)電流法考察其堿性條件下氧還原催化性能，并與商業(yè)Pt/C催化劑進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證其對(duì)陰極氧還原反應(yīng)表現(xiàn)出更高催化活性，更高穩(wěn)定性，更高耐甲醇性。在摻雜型碳材料制備及燃料電池電催化領(lǐng)域具有重要的價(jià)值和意義。
附圖說(shuō)明
圖1為CM1.5-900的XRD譜圖；
圖2為CM1.5-900的XPS全峰光譜圖；
圖3為CM1.5-900的SEM圖；
圖4為CM1.5-900的TEM圖；
圖5為分別在飽和N2和O2的0.1M KOH，以及O2/甲醇介質(zhì)中ORR循環(huán)伏安極化曲線圖；
圖6為CM1.5-900和Pt/C催化劑的穩(wěn)定性能對(duì)比圖；
圖7為不同轉(zhuǎn)速下CM1.5-900修飾旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極RDE的ORR極化曲線圖；
圖8為CM1.5-900的不同電位下的Koutevky-Levich極化曲線圖。
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