[發(fā)明專利]一種電催化尿素氧化用催化劑及堿性體系直接尿素燃料電池在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202210059204.7 | 申請日： | 2022-01-19 |
| 公開（公告）號： | CN114388830A | 公開（公告）日： | 2022-04-22 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 陳忠偉;馬歌;王新 | 申請（專利權(quán)）人： | 先進能源產(chǎn)業(yè)研究院（廣州）有限公司 |
| 主分類號： | H01M4/92 | 分類號： | H01M4/92;H01M4/90;H01M4/88;B82Y30/00;B82Y40/00 |
| 代理公司： | 天津市尚文知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12222 | 代理人： | 黃靜 |
| 地址： | 510735 廣*** | 國省代碼： | 廣東;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 電催化 尿素 氧化 催化劑 堿性 體系 直接 燃料電池 | ||
本發(fā)明屬于燃料電池的技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種電催化尿素氧化用催化劑及堿性體系直接尿素燃料電池。所述電催化尿素氧化用催化劑的制備方法，包括以下步驟：(1)制備混合凝膠；(2)制備銠納米顆粒摻雜的氫氧化鎳復(fù)合材料；(3)制備銠納米顆粒摻雜的氧化鎳納米片。該催化劑具有較高的催化活性和導(dǎo)電性，將該催化劑用作堿性體系直接尿素燃料電池的陽極催化劑，其堿性體系直接尿素燃料電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)反應(yīng)活性。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于燃料電池的技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種電催化尿素氧化用催化劑及堿性體系直接尿素燃料電池。
背景技術(shù)
隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對能源的需求日益增多，而伴隨著能源尤其化石能源的不斷消耗，能源危機越來越嚴(yán)重；與此同時，化石能源的使用對環(huán)境所造成的污染問題也不容忽視。因此近年來人們研究如何通過尋找可持續(xù)的新型潔凈能源，以解決目前所面臨的能源與環(huán)境問題，其中電催化技術(shù)因其效率高、設(shè)備簡單易操作等優(yōu)點而備受關(guān)注。
在電催化領(lǐng)域，基于尿素氧化(UOR)的尿素燃料電池在可持續(xù)能源發(fā)展方面具有廣闊的應(yīng)用前景。尿素燃料電池的原料尿素作為主要污染物廣泛存在于人類和動物尿液以及工業(yè)廢水中，電催化尿素氧化技術(shù)可用于處理富尿素污水，且此過程不會造成其他污染，在環(huán)境治理領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用前景。
基于尿素氧化(UOR)的尿素燃料電池如何高效電催化尿素氧化，催化劑起到重要作用。相對于傳統(tǒng)的貴金屬基電催化劑，鎳基氧化物/氫氧化物因其儲量豐富，價格相對較低，出色的UOR活性等優(yōu)勢得到了廣泛關(guān)注。然而該類材料通常具有過電位較高、電流密度小以及動力學(xué)遲緩等不足，限制了其進一步的發(fā)展和應(yīng)用。此外，傳統(tǒng)的鎳基催化劑合成步驟復(fù)雜，形貌不均一，極易在電催化反應(yīng)過程中發(fā)生團聚，上述缺陷直接影響其尿素氧化的電催化活性。因此亟需一種新型催化劑以提高尿素燃料電池的電催化尿素氧化效率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述存在的缺陷而提供一種電催化尿素氧化用催化劑及堿性體系直接尿素燃料電池。該催化劑具有較高的催化活性和導(dǎo)電性，將該催化劑用作堿性體系直接尿素燃料電池的陽極催化劑，其堿性體系直接尿素燃料電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)反應(yīng)活性。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種電催化尿素氧化用催化劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)制備混合凝膠：首先將氯化鎳、氯化銠和鎳氰化鉀溶解于去離子水中攪拌均勻得到混合溶液；然后在20～40℃下恒溫靜置3～12h，得到棕色混合水凝膠；
(2)制備銠納米顆粒摻雜的氫氧化鎳復(fù)合材料：將還原劑NaBH4溶液倒入步驟(1)所得混合水凝膠中在60～80℃恒溫下進行水熱還原反應(yīng)，還原反應(yīng)時間為3～12h，待反應(yīng)結(jié)束冷卻至室溫，離心、洗滌后得到黑色銠納米顆粒摻雜的氫氧化鎳復(fù)合材料；
(3)制備銠納米顆粒摻雜的氧化鎳納米片：將步驟(2)制得的銠納米顆粒摻雜的氫氧化鎳復(fù)合材料置于管式爐中，在280～380℃下進行退火處理3～5小時后自然冷卻至室溫，即得銠納米顆粒摻雜的氧化鎳納米片。
所述電催化尿素氧化用催化劑的制備方法步驟(1)中按照摩爾比氯化鎳：氯化銠：鎳氰化鉀為0.001～2：2～0.001：1；去離子水為1～100mL。
所述電催化尿素氧化用催化劑的制備方法步驟(2)中NaBH4溶液濃度為0.05～1g/mL，用量為60～200mL。
所述電催化尿素氧化用催化劑的制備方法步驟(3)中管式爐以1～5℃/min的升溫速率升溫至280～380℃。
一種所述制備方法制得的電催化尿素氧化用催化劑，其呈片層狀，其中銠納米顆粒的尺寸為3～5nm。
所述催化劑在堿性體系直接尿素燃料電池陽極催化中的應(yīng)用。
一種堿性體系直接尿素燃料電池，其陽極涂覆有所述催化劑。
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