CN101623640A - 一种耐硫阳极催化剂的制备方法 - Google Patents
一种耐硫阳极催化剂的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101623640A CN101623640A CN200810124278A CN200810124278A CN101623640A CN 101623640 A CN101623640 A CN 101623640A CN 200810124278 A CN200810124278 A CN 200810124278A CN 200810124278 A CN200810124278 A CN 200810124278A CN 101623640 A CN101623640 A CN 101623640A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sulfur tolerance
- anode catalyst
- catalyst
- preparation
- urea
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于H2S固体氧化物燃料电池的LaCrO3基耐硫阳极催化剂制备方法。它是采用Sr掺杂La，Fe掺杂Cr，制备耐硫阳极催化剂La0.75Sr0.25Cr1－xFexO3－δ，其中x为0.3～0.5的变量。与其他耐硫阳极催化剂相比，本发明阳极催化剂的制备工艺过程简单，耗时短，整个工艺过程只需5～6h，大大缩短了制备时间。高温下，本发明催化剂在H2S气氛中具有很好的稳定性，不易产生“硫毒化”现象，即具有优越的耐硫性能，适合做H2S固体氧化物燃料电池的阳极催化剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于H2S固体氧化物燃料电池的耐硫阳极催化剂，特别是一种具有很好耐硫性能的LaCrO3基耐硫阳极催化剂的制备方法。
背景技术
1987年，美国科学家Pujare[Pujare N U，Semkow K W，Sammells A F.A direct H2S/airsolid oxide fuel cell.Journal of the Electrochemical Society，1987，134(10)：2639～2640]研究了以H2S和O2作为反应气体的固体氧化物燃料电池，标志着一种H2S处理新技术及其综合利用时代的到来。H2S是一种强腐蚀性、高毒性和具有不良气味的气体，它对许多常用的阳极催化剂有比较严重的毒害作用，影响阳极催化剂的电催化性能，导致燃料电池性能下降。因此，针对H2S燃料电池，开发新型的耐硫阳极是亟待解决的问题。
目前，国内外研究的耐硫阳极电催化剂主要包括碳载贵金属电极、硫铁矿、金属硫化物及其双元复合物以及钙钛矿ABO3型耐硫阳极等。如国外Pujare[Zhu B，Tao SW.Chemical stability study of Li2SO4 in a H2S/O2 fuel cell.Solid State Ionics，2000，127(1～2)：83～88]等发现了复合金属硫化物如CuFe2S4适合作为H2S燃料电池阳极催化材料，随后许多研究者开发了各种如FeS、NiS、MoS2、CoS、CuS、WS2、PbS等单金属硫化物阳极材料，这些金属硫化物不仅价格低廉，而且在H2S气流中具有较高的稳定性、耐腐蚀性与催化性能。另外，Chuang等[Li K T，Cheng W D.Selective oxidationof hydrogen sulfide over Bi-Mo catalysts.Applied Catalysis A，1996，142：315～326]研究出MoS2为基体的复合金属硫化物阳极材料，在此基础上加入少量的银粉显著地增加了阳极的导电性能，降低了电极的极化损失。Chuang等还采用M-Mo的双元硫化物(M＝Co、Ni、Fe)等作为催化阳极与传统Pt贵金属阳极作了对比，在850℃下的电池输出性能和电催化活性均较为理想。但上述所得耐硫阳极催化剂的制备工艺均较为复杂，步骤多，流程长，整个制备过程大约要一天时间；并且上述研究主要围绕硫铁矿、金属硫化物及其双元复合物展开，而在钙钛矿方面没有较多研究，报道较少。
Tao等[Tao S W，Irvine J T S.Catalytic properties of the perovskite oxideLa0.75Sr0.25Cr0.5Fe0.5O3-δin relation to its potential as a solid oxide fuel cell anodematerial.Chemistry of Materials，2004，16：4116～4121]研究了固相法制备催化剂La0.75Sr0.25Cr0.5Fe0.5O3-δ，并将其用于CH4作为燃料气的固体氧化物燃料电池中，研究其性能，但并未报道该催化剂的耐硫性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种H2S固体氧化物燃料电池用LaCrO3基耐硫阳极催化剂的制备方法，它的制备工艺过程简单，耗时短、成本低且制得的催化剂具有很好的耐硫性能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种LaCrO3基耐硫阳极催化剂制备工艺，它是采用Sr掺杂La，Fe掺杂Cr，制备耐硫阳极催化剂La0.75Sr0.25Cr1-xFexO3-δ，其中x为的变量，其特征在于该催化剂是按照以下工艺步骤制备：
(1)按照化学计量比0.75、0.25、1-x、x称取La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Cr(NO3)3·9H2O和Fe(NO3)3·9H2O四种样品，将所有样品溶解于同一陶瓷杯中，搅拌，使其充分溶解；
(2)按照尿素物质的量与步骤(1)中四种样品物质量的和之比等于6～8来称取适量的尿素，倒入步骤(1)中的陶瓷杯里，搅拌，使其充分溶解；
(3)将陶瓷杯置于电炉上加热，加热时每5min左右搅拌1次，直至溶液沸腾；
(4)持续加热，溶液逐渐蒸干，燃烧，得到疏松的泡沫状粉末；
(5)将粉末充分研磨，在800℃～1000℃下煅烧3h～6h，即得本发明的催化剂。
在上述工艺中，步骤(1)中四种样品计量比中的x只选择为0.3～0.5，优选0.5；步骤(2)中尿素应按照尿素物质的量与步骤(1)中四种样品物质量的和之比等于7优选取量；步骤(5)中煅烧的温度优选900℃，煅烧时间优选4h。能够达到更好的催化剂性能效果。其它符合条件的取值范围也不排除在本发明的保护之外。
本发明与现有技术相比其显著的效果是：该制备工艺只需要简单的加温燃烧即可，简单易行，整个工艺过程一般在5h～6h(包括煅烧过程)即可完成，不但耗时短，大幅度缩小了工艺流程，而且通过对所制备的耐硫阳极催化剂进行耐硫性能测试表明，该催化剂对于H2S气体具有很好的忍耐性，不易产生“硫毒化”现象，用于H2S固体氧化物燃料电池中，具有较好的耐硫性能。
附图说明
图1、图2、图3是根据本发明所述制备工艺对三种不同化学计量比制得的耐硫阳极催化剂的耐硫性能测试X射线衍射(XRD)图。
具体实施方式
下面通过不同化学计量比样品实施例对本发明制作工艺作进一步详细描述。
实施例1：根据本发明0.75、0.25、1-x、x(x＝0.3～0.5)化学计量比原则，按照0.75、0.25、0.7、0.3称取La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Cr(NO3)3·9H2O和Fe(NO3)3·9H2O样品，将所有样品溶解于同一陶瓷杯中，搅拌，使其充分溶解；再按照尿素物质的量与上述四种样品物质量的和之比等于7称取适量的尿素，倒入陶瓷杯里，搅拌，使其充分溶解；将陶瓷杯置于电炉上加热，加热时每5min搅拌1次，直至溶液沸腾；持续加热，溶液逐渐蒸干，燃烧，得到疏松的泡沫状粉末；将粉末充分研磨，在900℃下煅烧4h，即得本发明的催化剂。
实施例2：根据本发明0.75、0.25、1-x、x(x＝0.3～0.5)化学计量比原则，按照化学计量比0.75、0.25、0.6、0.4称取La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Cr(NO3)3·9H2O和Fe(NO3)3·9H2O样品，将所有样品溶解于同一陶瓷杯中，搅拌，使其充分溶解；再按照尿素物质的量与上述四种样品物质量的和之比等于6称取适量的尿素，倒入陶瓷杯里，搅拌，使其充分溶解；将陶瓷杯置于电炉上加热，加热时每5min搅拌1次，直至溶液沸腾；持续加热，溶液逐渐蒸干，燃烧，得到疏松的泡沫状粉末；将粉末充分研磨，在800℃下煅烧3h，即得本发明的催化剂。
实施例3：根据本发明0.75、0.25、1-x、x(x＝0.3～0.5)化学计量比原则，按照化学计量比0.75、0.25、0.5、0.5称取La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Cr(NO3)3·9H2O和Fe(NO3)3·9H2O样品，将所有样品溶解于同一陶瓷杯中，搅拌，使其充分溶解；再按照尿素物质的量与上述四种样品物质量的和之比等于8称取适量的尿素，倒入陶瓷杯里，搅拌，使其充分溶解；将陶瓷杯置于电炉上加热，加热时每5min搅拌1次，直至溶液沸腾；持续加热，溶液逐渐蒸干，燃烧，得到疏松的泡沫状粉末；将粉末充分研磨，在1000℃下煅烧6h，即得本发明的催化剂。
在H2S气氛中，分别对由上述3个实施例制得的本发明催化剂的稳定性进行测试，即催化剂的耐硫性能。在850℃下，将本发明催化剂粉末暴露在含20％H2S的N2中12h；暴露完毕后，保持原温用N2吹扫催化剂表面1h，以吹走催化剂表面残留的H2S气体和高温下升华的硫；然后将后处理样品研磨成粉末。再采用德国Bruker D8 ADVANCEX射线分析仪对粉末进行测定，分别得到如图1、图2、图3所示3个催化剂的X射线衍射(XRD)图结果。
由图1、图2和图3可以看出，测试前后催化剂La0.75Sr0.25Cr1-xFexO3-δ(x＝0.3、0.4、0.5)的XRD图基本一致，测试后未有新峰产生，峰强度较强，峰型尖锐，可以说明催化剂未被H2S所“毒化”，即催化剂具有好的耐硫性能。
Claims (5)
1、一种耐硫阳极催化剂制备工艺，它是采用Sr掺杂La，Fe掺杂Cr，制备耐硫阳极催化剂La0.75Sr0.25Cr1-xFexO3-δ，其中x为变量，其特征在于该催化剂是按照以下工艺步骤制备：
(1)按照化学计量比0.75、0.25、1-x、x称取La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Cr(NO3)3·9H2O和Fe(NO3)3·9H2O样品，将所有样品溶解于同一陶瓷杯中，搅拌，使其充分溶解；
(2)按照尿素物质的量与步骤(1)中四种样品物质量的和之比等于6～8来称取适量的尿素，倒入步骤(1)中的陶瓷杯里，搅拌，使其充分溶解；
(3)将陶瓷杯置于电炉上加热，加热时每5min左右搅拌1次，直至溶液沸腾；
(4)持续加热，溶液逐渐蒸干，燃烧，得到疏松的泡沫状粉末；
(5)将粉末充分研磨，在800℃～1000℃下煅烧3h～6h，即得本发明的催化剂。
2、根据权利要求1所述耐硫阳极催化剂制备工艺，其特征在于步骤(1)中X为0.3～0.5。
3、根据权利要求2所述耐硫阳极催化剂制备工艺，其特征在于步骤(1)中X优选0.5。
4、根据权利要求1或2或3所述耐硫阳极催化剂制备工艺，其特征在于步骤(2)中尿素应按照尿素物质的量与步骤(1)中四种样品物质量的和之比等于7优选取量。
5、根据权利要求1所述耐硫阳极催化剂制备工艺，其特征在于上述步骤(5)中的煅烧温度优选900℃，煅烧时间优选4h.。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200810124278A CN101623640A (zh) | 2008-07-08 | 2008-07-08 | 一种耐硫阳极催化剂的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200810124278A CN101623640A (zh) | 2008-07-08 | 2008-07-08 | 一种耐硫阳极催化剂的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101623640A true CN101623640A (zh) | 2010-01-13 |
Family
ID=41519721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200810124278A Pending CN101623640A (zh) | 2008-07-08 | 2008-07-08 | 一种耐硫阳极催化剂的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101623640A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102142565A (zh) * | 2011-02-24 | 2011-08-03 | 安徽工业大学 | YCrO3基硫氧燃料电池阳极材料 |
| CN102142564A (zh) * | 2011-02-24 | 2011-08-03 | 安徽工业大学 | 硫氧燃料电池LaFeO3基阳极材料 |
-
2008
- 2008-07-08 CN CN200810124278A patent/CN101623640A/zh active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102142565A (zh) * | 2011-02-24 | 2011-08-03 | 安徽工业大学 | YCrO3基硫氧燃料电池阳极材料 |
| CN102142564A (zh) * | 2011-02-24 | 2011-08-03 | 安徽工业大学 | 硫氧燃料电池LaFeO3基阳极材料 |
| CN102142565B (zh) * | 2011-02-24 | 2013-11-13 | 安徽工业大学 | YCrO3基硫氧燃料电池阳极材料 |
| CN102142564B (zh) * | 2011-02-24 | 2014-04-02 | 安徽工业大学 | 硫氧燃料电池LaFeO3基阳极材料 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Davydova et al. | Stability limits of Ni-based hydrogen oxidation electrocatalysts for anion exchange membrane fuel cells | |
| Fournier et al. | High‐performance, low Pt content catalysts for the electroreduction of oxygen in polymer‐electrolyte fuel cells | |
| Li et al. | Electrocatalytic activities of La0. 6Ca0. 4CoO3 and La0. 6Ca0. 4CoO3-carbon composites toward the oxygen reduction reaction in concentrated alkaline electrolytes | |
| Jiang et al. | Highly efficient B-Site exsolution assisted by Co doping in lanthanum ferrite toward high-performance electrocatalysts for oxygen evolution and oxygen reduction | |
| Managutti et al. | Exsolution of Ni nanoparticles from A-site-deficient layered double perovskites for dry reforming of methane and as an anode material for a solid oxide fuel cell | |
| Bian et al. | An all-oxide electrolysis cells for syngas production with tunable H2/CO yield via co-electrolysis of H2O and CO2 | |
| Tran et al. | Iron Phosphide Incorporated into Iron‐Treated Heteroatoms‐Doped Porous Bio‐Carbon as Efficient Electrocatalyst for the Oxygen Reduction Reaction | |
| Jeerh et al. | Perovskite oxide LaCr0. 25Fe0. 25Co0. 5O3-δ as an efficient non-noble cathode for direct ammonia fuel cells | |
| JP2010507220A (ja) | 燃料電池のための触媒担体 | |
| JP2003157857A (ja) | 燃料電池用電極触媒体、それを用いた燃料電池用空気極、およびその触媒活性評価方法 | |
| Blackmore et al. | High surface area Molybdenum nitride support for fuel cell electrodes | |
| Nie et al. | Efficient oxygen evolution reaction in SrCo0. 8Fe0. 2O3-δ perovskite and surface reconstruction for practical zinc-air batteries | |
| Duron et al. | Kinetic study of oxygen reduction on nanoparticles of ruthenium synthesized by pyrolysis of Ru3 (CO) 12 | |
| Suárez-Alcántara et al. | Comparative study of oxygen reduction reaction on RuxMySez (M= Cr, Mo, W) electrocatalysts for polymer exchange membrane fuel cell | |
| Huang et al. | Mesoporous Ti0. 5Cr0. 5N for trace H2S detection with excellent long-term stability | |
| Zhu et al. | Perovskite-type Nd0. 5Sr0. 5Co0. 5Fe0. 5O3-δ as a novel cathode material for intermediate-temperate solid oxide fuel cell | |
| CN113394413B (zh) | 一种基于二维石墨相氮化碳钴掺杂多孔碳材料阴极氧还原反应催化剂的制备方法 | |
| Danilovic et al. | Effect of substitution with Cr3+ and addition of Ni on the physical and electrochemical properties of Ce0. 9Sr0. 1VO3 as a H2S-active anode for solid oxide fuel cells | |
| Song et al. | Interaction between electrode materials Sr2FeCo0. 5Mo0. 5O6− δ and hydrogen sulfide in symmetrical solid oxide fuel cells | |
| Liu et al. | Study of LaCoO3 as a cathode catalyst for a membraneless direct borohydride fuel cell | |
| CN101623640A (zh) | 一种耐硫阳极催化剂的制备方法 | |
| Gutiérrez-Guerra et al. | Electrochemical Activation of Ni Catalysts with Potassium Ionic Conductors for CO 2 Hydrogenation | |
| US10727514B2 (en) | Oxygen reduction catalyst, electrode, membrane electrode assembly, and fuel cell | |
| US10720649B2 (en) | Oxygen reduction catalyst, electrode, membrane electrode assembly, and fuel cell | |
| Caillot et al. | Catalytic steam reforming of methane over La0. 8Sr0. 2CrO3 based Ru catalysts |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100113 |