CN104148071A - 一种多孔高活性非贵金属催化剂的制备及其应用 - Google Patents

一种多孔高活性非贵金属催化剂的制备及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN104148071A
CN104148071A CN201410136251.2A CN201410136251A CN104148071A CN 104148071 A CN104148071 A CN 104148071A CN 201410136251 A CN201410136251 A CN 201410136251A CN 104148071 A CN104148071 A CN 104148071A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal catalyst
noble metal
porous
porous high
activity non
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
Application number
CN201410136251.2A
Other languages
English (en)
Inventor
王荣方
杨娟
杨慧娟
王辉
季山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwest Normal University
Original Assignee
Northwest Normal University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwest Normal University filed Critical Northwest Normal University
Priority to CN201410136251.2A priority Critical patent/CN104148071A/zh
Publication of CN104148071A publication Critical patent/CN104148071A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明提供了一种多孔高活性非贵金属催化剂，是将蔗糖、三聚氰胺、氯化铁、硅酸钠在水中充分分散后，再于高温下将水完全蒸发；然后在氮气保护下高温碳化处理一定时后；用HF浸泡处理12~24h，洗涤到中性，烘干，得到具有较大比表面积和催化活性的多孔非贵金属催化剂。经检测，该多孔非贵金属催化剂在酸性溶液中显示出很好的氧还原性能和较高的抗甲醇中毒能力，因此，可以作为阴极催化剂材料应用于燃料电池的氧还原催化反应中。

Description

一种多孔高活性非贵金属催化剂的制备及其应用
技术领域
本发明涉及一种多孔高活性非贵金属催化剂的制备，属于材料技术领域，主要用于燃料电池的氧还原催化反应。 
背景技术
燃料电池是一种将储存在燃料（天然气、H2、甲醇等）和氧化剂（O2、空气）中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料电池具有发电效率高、环境污染少等优点，而成为一种比较理想的发电技术。然而制约燃料电池发展和应用的关键因素是用于阴极氧还原反应催化剂。目前直接甲醇燃料电池阴极氧还原催化剂主要是采用Pt/C催化剂，而Pt价格高昂且资源匮乏，造成目前直接甲醇燃料电池成本过高。另外，甲醇透过质子交换膜渗透到阴极，在阴极Pt催化剂上发生电氧化，产生“混合电位”，降低了电池性能；而且甲醇氧化产生的中间体易使阴极Pt催化剂中毒，从而降低了Pt/C催化剂的活性和稳定性，进而影响了燃料电池的使用寿命。因此，开发低成本、高活性和高稳定性的非贵金属催化剂已成为目前燃料电池研究的热点问题。 
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种多孔高活性非贵金属催化剂的制备方法。
本发明的多孔高活性非贵金属催化剂，是以蔗糖、三聚氰胺、氯化铁、硅酸钠为原料，经过高温碳化后酸处理而得。具体制备方法为：将蔗糖、三聚氰胺、氯化铁、硅酸钠在水中充分分散后，再于高温下将水完全蒸发；然后在氮气保护，800～1000℃下碳化处理1～3 h；最后用浓度为0.2～0.6mol L-1的HF浸泡处理12～24 h，洗涤到中性，烘干，即得。
所述蔗糖、三聚氰胺、氯化铁、硅酸钠的质量比为1:0.2:0.1:0.2～1:1:0.3:0.7。
下面对本发明制备的多孔高活性非贵金属催化剂的结构和进行性能进行分析说明。
1、SEM分析
图1为本发明制备的多孔高活性非贵金属催化剂的扫描电镜（SEM）图。从图1中可以看出，该催化剂为多孔道结构，而且孔径在100 nm左右均匀分布。多孔到结构大大增加了非贵金属催化剂的比表面积，因而具有更好的催化性能。
2、催化性能测试
图2为本发明制备的多孔高活性非贵金属催化剂在0.1 mol L-1 的HClO4溶液中的ORR测试。从图2可以看出，本发明制备的非贵金属催化剂相比普通商业Pt催化剂，其起始电位和半波点位分别提前了55.7 mV和28.0 mV，显示出很好的氧还原性能。 
3、抗甲醇性能测试
图3为本发明制备的多孔高活性非贵金属催化剂在0.5 mol L-1 的CH3OH和0.1 mol L-1 的HClO4溶液中的抗甲醇测试。从图3中可以看出，商业Pt催化剂在加入甲醇后有一个明显的甲醇中毒峰，本发明制备的多孔高活性非贵金属催化剂没有这个峰，说明甲醇的加入对本催化剂没影响，因此本发明制备的非贵金属催化剂可以克服甲醇渗透这一缺点，显示出较高的抗甲醇中毒能力，并且对甲醇有高选择性。
综上所述，本发明以蔗糖为碳源，三聚氰胺为氮源，氯化铁作为活化剂，硅酸钠作为模板剂，制备的多孔高活性的非贵金属催化剂比表面积大，在酸性溶液中显示出很好的氧还原性能和较高的抗甲醇中毒能力，因此，可以作为阴极催化剂材料应用于燃料电池的氧还原催化反应中。
附图说明
图1为本发明制备的多孔高活性催化剂的扫描电镜图。
图2为本发明制备的多孔高活性催化剂在0.1 mol L-1 的HClO4溶液中的ORR测试图。
图3为本发明制备的多孔高活性的催化剂在0.5 mol L-1 的CH3OH和0.1 mol L-1 的HClO4溶液中的抗甲醇测试图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明多孔高活性的非贵金属催化剂制备和性能作进一步说明。
实施例1
称取三聚氰胺0.2 g，在热水中充分溶解，依次加入1 g蔗糖、0.1g氯化铁、0.2 g硅酸钠，搅拌充分混合；放入100℃鼓风烘箱中将水完全蒸发，然后置于管式炉中，氮气保护，800℃下碳化处理2 h；最后用浓度0.2mol L-1 的HF浸泡处理12 h，洗涤到中性，烘干，即得多孔高活性非贵金属催化剂。
在0.1 mol L-1 的HClO4溶液中测试ORR，发现该非贵金属催化剂较商业贵金属铂催化剂的氧还原反应的起始电位和半波电位分别正移了40.6 mV和23.9 mV。
实施例2
称取三聚氰胺0.4g，在热水中充分溶解，依次加入1 g蔗糖、0.2 g氯化铁、0.5 g硅酸钠充分混合，放入120℃鼓风烘箱中将水完全蒸发，在管式炉中，氮气保护，800℃下碳化处理2 h，最后用0.4mol L-1 的HF处理24 h，离心洗涤到中性，烘干，即得。
在0.1 mol L-1 的HClO4溶液中测试ORR，发现该非贵金属催化剂较商业贵金属铂催化剂的起始电位和半波电位分别正移了54.2 mV和27.8 mV。
实施例3
称取三聚氰胺0.6 g，在热水中充分溶解，后依次加入1 g蔗糖、0.3 g氯化铁、0.7g硅酸钠充分混合，放入100℃鼓风烘箱中将水完全蒸发，在管式炉中，氮气保护，1000℃下碳化处理2 h，后用0.6mol L-1 的HF处理12 h，离心洗涤到中性，烘干，得到多孔高活性非贵金属催化剂。
在0.1 mol L-1 的HClO4溶液中测试ORR，发现该非贵金属催化剂较商业贵金属铂催化剂的起始电位和半波电位分别正移了41.2 mV和23.1 mV。
实施例4
称取三聚氰胺0.8g，在热水中充分溶解，后依次加入1 g蔗糖、0.2 g氯化铁、0.5 g硅酸钠充分混合，放入120℃鼓风烘箱中将水完全蒸发，在管式炉中，氮气保护，1000℃下碳化处理2 h，后用0.4mol L-1 的HF处理24 h，离心洗涤到中性，烘干，得到多孔高活性非贵金属催化剂。
在0.1 mol L-1 的HClO4溶液中测试ORR，发现该非贵金属催化剂较商业贵金属铂催化剂的起始电位和半波电位分别正移了48.3 mV和26.4 mV。
实施例5
称取三聚氰胺1 g，在热水中充分溶解，后依次加入1 g蔗糖、0.3 g氯化铁、0.7g硅酸钠充分混合，放入120℃鼓风烘箱中将水完全蒸发，在管式炉中，氮气保护，1000℃下碳化处理2 h，后用0.5mol L-1的HF处理24 h，离心洗涤到中性，烘干，得到多孔高活性非贵金属催化剂。
在0.1 mol L-1 的HClO4溶液中测试ORR，发现该非贵金属催化剂较商业贵金属铂催化剂的的起始电位和半波电位分别正移了56.2 mV和27.5 mV。

Claims (4)

1.一种多孔高活性非贵金属催化剂的制备方法，是将蔗糖、三聚氰胺、氯化铁、硅酸钠在水中充分分散后，再于高温下将水完全蒸发；然后在氮气保护，800～1000℃下碳化处理1～3 h；最后用HF浸泡处理12～24 h，洗涤到中性，烘干，即得。
2.如权利要求1所述多孔高活性非贵金属催化剂的制备方法，其特征在于：所述蔗糖、三聚氰胺、氯化铁、硅酸钠的质量比为1:0.2:0.1:0.2～1:1:0.3:0.7。
3.如权利要求1所述多孔高活性非贵金属催化剂的制备方法，其特征在于：所述HF的浓度为0.2～0.6mol L-1。
4.如权利要求1所述方法制备的多孔高活性非贵金属催化剂在氧还原催化反应中的应用。
CN201410136251.2A 2014-04-04 2014-04-04 一种多孔高活性非贵金属催化剂的制备及其应用 Pending CN104148071A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410136251.2A CN104148071A (zh) 2014-04-04 2014-04-04 一种多孔高活性非贵金属催化剂的制备及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410136251.2A CN104148071A (zh) 2014-04-04 2014-04-04 一种多孔高活性非贵金属催化剂的制备及其应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104148071A true CN104148071A (zh) 2014-11-19

Family

ID=51873810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410136251.2A Pending CN104148071A (zh) 2014-04-04 2014-04-04 一种多孔高活性非贵金属催化剂的制备及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104148071A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104841469A (zh) * 2015-03-31 2015-08-19 大连理工大学 一种三维多孔m-n-c催化剂的制备方法
CN105390672A (zh) * 2015-10-21 2016-03-09 天津大学 三维氮掺杂介孔碳超薄纳米片材料制备方法
CN107029772A (zh) * 2016-02-04 2017-08-11 武汉理工大学 一种非贵金属催化剂及其制备方法
CN111905794A (zh) * 2020-08-24 2020-11-10 西安理工大学 一种高密度单原子电催化剂及其制备方法
CN112058300A (zh) * 2020-09-28 2020-12-11 西安理工大学 载NiP量子点的非贵金属催化剂及其制备方法和应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040096728A1 (en) * 2002-07-31 2004-05-20 Ballard Power Systems Inc. Non-noble metal catalysts for the oxygen reduction reaction
CN103252250A (zh) * 2013-04-25 2013-08-21 西北师范大学 氮、铁修饰的碳材料的制备及应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040096728A1 (en) * 2002-07-31 2004-05-20 Ballard Power Systems Inc. Non-noble metal catalysts for the oxygen reduction reaction
CN103252250A (zh) * 2013-04-25 2013-08-21 西北师范大学 氮、铁修饰的碳材料的制备及应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GANG LIU等: "Development of non-precious metal oxygen-reduction catalysts for PEM fuel cells based on N-doped ordered porous carbon", 《APPLIED CATALYSIS B: ENVIRONMENTAL》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104841469A (zh) * 2015-03-31 2015-08-19 大连理工大学 一种三维多孔m-n-c催化剂的制备方法
CN104841469B (zh) * 2015-03-31 2018-02-16 大连理工大学 一种三维多孔m‑n‑c催化剂的制备方法
CN105390672A (zh) * 2015-10-21 2016-03-09 天津大学 三维氮掺杂介孔碳超薄纳米片材料制备方法
CN107029772A (zh) * 2016-02-04 2017-08-11 武汉理工大学 一种非贵金属催化剂及其制备方法
CN107029772B (zh) * 2016-02-04 2020-06-19 武汉理工大学 一种非贵金属催化剂及其制备方法
CN111905794A (zh) * 2020-08-24 2020-11-10 西安理工大学 一种高密度单原子电催化剂及其制备方法
CN111905794B (zh) * 2020-08-24 2023-02-14 西安理工大学 一种高密度单原子电催化剂及其制备方法
CN112058300A (zh) * 2020-09-28 2020-12-11 西安理工大学 载NiP量子点的非贵金属催化剂及其制备方法和应用
CN112058300B (zh) * 2020-09-28 2022-12-30 西安理工大学 载NiP量子点的非贵金属催化剂及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bambagioni et al. Self‐sustainable production of hydrogen, chemicals, and energy from renewable alcohols by electrocatalysis
CN104393313B (zh) 一种氮掺杂Fe/Fe3C/C微生物燃料电池阴极催化剂材料的制备方法
CN103007975B (zh) 含氮碳材料的制备及作为氧还原电催化剂在燃烧电池中的应用
CN104148071A (zh) 一种多孔高活性非贵金属催化剂的制备及其应用
CN103316706B (zh) 一种掺杂金属的聚苯胺与聚吡咯复合物碳化电催化剂及其制备方法
Yi et al. A novel membrane-less direct alcohol fuel cell
CN108336374B (zh) 一种高性能三元Fe-Co-Ni共掺杂含氮碳材料及其制备方法和应用
CN108448128A (zh) 一种用钌基碲化物作为阴极的燃料电池膜电极及制备方法
CN102569831A (zh) 碳负载铜酞菁燃料电池催化剂CuPc/C及制备和应用
CN113571713A (zh) 一种PtZn负载氮掺杂碳催化剂及其制备方法，以及氢氧燃料电池
CN112142037A (zh) 一种钴、氮掺杂碳纳米管及其制备方法和应用
CN109873172B (zh) 一种甲醇燃料电池催化剂的制备方法
CN107389853B (zh) 一种提升碳布氧气析出性能的方法
CN113540481A (zh) 一种质子交换膜燃料电池铂钴合金碳催化剂及其制备方法
CN106215965A (zh) Fe‑N‑C介孔碳材料的制备及其氧还原反应中的应用
JP4937527B2 (ja) 燃料電池用白金触媒及びこれを含む燃料電池
CN109731599B (zh) 一种2D氧还原催化剂Fe3O4@FeNC纳米片的制备方法
CN102810678B (zh) 一种直接甲醇燃料电池催化剂及其制备方法
CN100576616C (zh) 一种消除杂质气体co对燃料电池性能影响的方法
Chen et al. Coke-free direct formic acid solid oxide fuel cells operating at intermediate temperatures
CN106887605B (zh) 三维蜂窝状类石墨烯非金属催化剂及制备方法与应用
CN104716344B (zh) 一种催化剂在燃料电池抗so2中毒的应用及中毒恢复方法
CN104138759A (zh) 一种燃料电池用非贵金属催化剂及其应用
CN103120960B (zh) 一种Pt-Nafion/C催化剂及其制备和应用
CN110611107A (zh) 一种包含气体扩散层的燃料电池

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20141119