[發明專利]海綿鎳基納米管陣列異質結構催化材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010792340.8
• 申請日: 2020-08-09
• 公開（公告）號: CN111933959B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 趙明;胡廣宇;李建國
• 申請（專利權）人: 北方工業大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 吳彩鳳

本發明提供了一種海綿鎳基納米管陣列異質結構催化材料的制備方法，包含如下步驟：步驟[1]海綿鎳基鋅納米棒自犧牲模板的制備；步驟[2]具有納米管陣列的NiSn?LDH層的合成；步驟[3]具有納米管陣列的NiSnPr?LDH/Pr₂O₃異質結構復合層的構建。通過該方法制備的催化材料對肼電化學氧化具有優良的催化性能，能夠滿足高效和經濟的直接肼燃料電池商業應用要求。

技術領域

本發明涉及燃料電池電極材料領域，特別是一種用于電化學氧化過程的具高效和經濟肼電化學氧化催化性能的海綿鎳基納米管陣列異質結構催化材料的制備方法。

背景技術

燃料電池是將燃料和氧化劑的化學能通過電化學反應轉化為電能的發電裝置，不受卡諾循環熱效率的限制，具有高效的能量轉化效率。以肼作燃料的直接肼燃料電池具有高達1.56V的理論輸出電壓和高達5.4KWh/L的理論能量密度，由于肼是氮氫化物，因此可以實現零排放，并且燃料肼的電氧化反應不會產生使電極催化材料中毒的物質。

然而，直接肼燃料電池中肼在陽極電極催化材料的作用下失去4個電子氧化生成氮氣和水，這個反應過程的活化能較高，過電位較高，導致直接肼燃料電池肼電化學氧化反應較慢，反應難以高效進行。

因此，肼電化學氧化的直接肼燃料電池陽極催化材料需具有優良的肼電化學氧化催化性能、優良的電子傳導性能和較大的反應比表面積。貴金屬(Pt、Pd、Ag和Au)具有較突出的肼電化學氧化催化性能，然而，過高的貴金屬陽極催化材料成本制約了直接肼燃料電池的大規模應用。

目前，已研發的直接肼燃料電池陽極非貴金屬催化材料肼電化學氧化的催化性能還不理想，電子傳導性能還有待提高，不能滿足高效和經濟的直接肼燃料電池商業應用要求。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種海綿鎳基納米管陣列異質結構催化材料的制備方法，通過該方法制備的催化材料對肼電化學氧化具有優良的催化性能，能夠滿足高效和經濟的直接肼燃料電池商業應用要求。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種海綿鎳基納米管陣列異質結構催化材料的制備方法，包含如下步驟：

步驟[1]海綿鎳基鋅納米棒自犧牲模板的制備；

步驟[2]具有納米管陣列的NiSn-LDH層的合成；

步驟[3]具有納米管陣列的NiSnPr-LDH/Pr₂O₃異質結構復合層的構建。

優選的，所述步驟[1]具體包括如下操作：

a1.2-氯-5-氯甲基吡啶在海綿鎳表面的選擇吸附：將三乙醇胺和四氫呋喃混合形成有機溶劑，將2-氯-5-氯甲基吡啶溶入該有機溶劑中，形成吸附液；將海綿鎳浸入所述吸附液，室溫浸泡5-9小時后取出，用丙酮清洗兩遍后再用去離子水清洗三遍，完成2-氯-5-氯甲基吡啶在海綿鎳表面的選擇吸附；

a2.選擇性電沉積形成海綿鎳基鋅納米棒自犧牲模板：將三氟甲磺酸、均苯三甲酸、酒石酸鈉和醋酸鋅加入去離子水中，混合均勻形成電沉積液；將經步驟a1處理的海綿鎳作為陰極，不銹鋼板作為陽極，室溫條件下恒定電壓3V-6V，電沉積2-5分鐘，取出后用丙酮清洗三遍后再用去離子水清洗三遍，從而完成海綿鎳基鋅納米棒自犧牲模板的制備。

優選的，所述有機溶劑中三乙醇胺、四氫呋喃間的體積比為2～4:6～8；所述吸附液中2-氯-5-氯甲基吡啶濃度為142-185g/L。

優選的，所述電沉積液中三氟甲磺酸濃度為154-180g/L、均苯三甲酸濃度為10-22g/L、酒石酸鈉濃度為166-184g/L、醋酸鋅濃度為140-155g/L。

優選的，所述步驟[2]具體包括如下操作：