CN105633423A - 还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法 - Google Patents

还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105633423A
CN105633423A CN201510998714.0A CN201510998714A CN105633423A CN 105633423 A CN105633423 A CN 105633423A CN 201510998714 A CN201510998714 A CN 201510998714A CN 105633423 A CN105633423 A CN 105633423A
Authority
CN
China
Prior art keywords
polyaniline
oxide
catalyst
preparation
reduced graphene
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
CN201510998714.0A
Other languages
English (en)
Inventor
邢周昊
吴庆生
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.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji 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 Tongji University filed Critical Tongji University
Priority to CN201510998714.0A priority Critical patent/CN105633423A/zh
Publication of CN105633423A publication Critical patent/CN105633423A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9075—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/9083—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9008—Organic or organo-metallic compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
    • 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

Abstract

还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法，该复合型催化剂具有高氧还原催化活性，易大规模制备。利用高电导率聚苯胺分子修饰大比表面的还原石墨烯，然后负载具备氧还原催化能力的低尺度铈锰氧化物颗粒，提高催化效率。包括以下步骤：(1)氧化石墨烯溶液的配置；(2)氧化石墨烯-聚苯胺的合成；(3)将步骤(2)所得产物离心烘干；(4)取步骤(3)所得粉末超声分散于去离子水中，加入水合肼溶液加热反应至氧化石墨烯被还原。(5)将步骤(4)所得产物离心烘干。(6)取步骤(5)所得粉末制备还原石墨烯-聚苯胺悬浮液，加入醋酸锰，硝酸铈，用KOH溶液调节pH＝9，加热条件下加入高锰酸钾溶液，搅拌反应一段时间后离心烘干。

Description

还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及化学领域，具体涉及一种还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法。
背景技术
氢燃料电池具备高能量密度，低成本，无污染等特点，受到了广泛关注。在燃料电池的应用过程中，本身的性能和价格是限制其发展的重要因素。高性能的燃料电池中，正极氧还原的催化剂主要为铂、银等贵金属，具备良好的还原催化能力。
贵金属的成本过高，难以商业化，碳材料电导率高且成本低，但是催化活性低。现有使用较多的二氧化锰材料由于颗粒较大，比表面低，大多还是应用在小型电池上。为了满足社会对大电流大功率的低成本电池的需求，开发高效廉价的氧还原催化剂是非常必要的。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法，该复合型催化剂具有高氧还原催化活性，容易实现大规模制备，有望获得商业应用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法，它包括以下步骤：
(1)氧化石墨烯溶液的配置；
(2)氧化石墨烯-聚苯胺的合成；
(3)将步骤(2)所得产物离心烘干。
(4)取步骤(3)所得粉末超声分散于去离子水中，加入水合肼溶液加热反应至氧化石墨烯被还原。
(5)将步骤(4)所得产物离心烘干。
(6)取步骤(5)所得粉末制备还原石墨烯-聚苯胺悬浮液，加入醋酸锰，硝酸铈，用KOH溶液调节pH＝9，加热条件下加入高锰酸钾溶液，搅拌反应一段时间后离心烘干。
其中：
步骤(1)：将氧化石墨烯超声分散在水溶液中，超声频率为50kHz，超声时间为2小时，浓度为1mg/mL。
步骤(2)：取氧化石墨烯溶液50mL，加入2mL苯胺，60℃下加入0.5mol/L过二硫酸铵2mL，总反应时间为2小时。
步骤(3)：离心转速为9000rpm，离心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60摄氏度真空干燥。
步骤(4)：0.5g粉末超声分散于200mL去离子水中，超声频率为50kHz，时间为2小时，加入80％水合肼2mL，加热温度为90℃，反应时间为2小时。
步骤(5)：离心转速为9000rpm，离心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60摄氏度真空干燥。
步骤(6)：粉末分散液浓度为1g/L，体积为100mL，醋酸锰浓度为0.1mol/L，硝酸铈浓度为0.1mol/L，加热温度为60℃，使用高锰酸钾溶液为1mol/L，体积为5mL，反应时间为2小时。离心转速为9000rpm，离心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60摄氏度真空干燥。
原理：利用高电导率聚苯胺分子修饰大比表面的还原石墨烯，然后负载具备氧还原催化能力的低尺度铈锰氧化物颗粒，提高了单位质量活性物质的催化效率。
与现有技术相比，本发明所述制得的还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂具有以下优点：
(1)制备方法简单，原料成本低，容易实现大规模制备，有望获得商业应用。
(2)材料中铈锰氧化物颗粒尺度极小，比表面大，催化位点多，还原石墨烯-聚苯胺电导率高。
(3)该复合型催化剂具有高氧还原催化活性。
附图说明
图1是实施例1所制得的还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物的扫描电镜图。
图2是实施例1所制得的还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物的XRD图。
图3是实施例1所制得的还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物的循环伏安曲线。
图4是实施例1所制得的还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物的线性扫描曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明，但并不因此而限制本发明的内容。
实施例1：
一种还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法，它包括以下步骤：
步骤一：将氧化石墨烯超声分散在水溶液中，超声频率为50kHz，超声时间为2小时，浓度为1mg/mL。
步骤二：取步骤一中氧化石墨烯溶液50mL，加入2mL苯胺，60℃下加入0.5mol/L过二硫酸铵2mL，总反应时间为2小时。
步骤三：将步骤二中获得的溶液离心分离，转速为9000rpm，离心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60摄氏度真空干燥。
步骤四：将步骤三中获得的粉末取0.5g超声分散于200mL去离子水中，超声频率为50kHz，时间为2小时，加入80％水合肼2mL，加热至90℃，反应时间为2小时。
步骤五：将步骤四中获得的溶液离心分离，转速为9000rpm，离心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60摄氏度真空干燥。
步骤六：将步骤五中获得的粉末制备分散液，粉末分散液浓度为1g/L，体积为100mL，加入醋酸锰至浓度为0.1mol/L，硝酸铈至浓度为0.1mol/L，加热温度为60℃，加入1mol/L高锰酸钾溶液5mL，反应2小时后离心分离，离心转速9000rpm，离心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60摄氏度真空干燥。
本实施例制得的还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物为一种还原石墨烯纳米片上修饰了聚苯胺，再负载10nm左右铈锰氧化物纳米颗粒的复合型材料。
本发明使用的催化剂性能的测试方法如下：
称取5mg的催化剂，加入1mLNafion溶液(Nafion质量分数为0.05％,溶剂水与异丙醇的体积比为8:2)，超声分散后得到5mg/mL的混合液。使用1-10μL移液枪取5～15μL混合液滴于直径为5mm的玻碳电极表面，在室温下晾干后作为工作电极。在三电极体系中(参比电极：饱和甘汞SCE电极，对电极：直径为1mm的螺旋铂丝，电解液：0.1mol/LKOH水溶液)进行氧还原催化性能测试，旋转电极购自PINE公司。
图3为还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物的循环伏安曲线。工作电极旋转速度为1600rpm，扫速为50mV/s。
图4为还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物的线性扫描曲线。工作电极旋转速度为1600rpm，扫速为5mV/s。
从图中可以看出，还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物的氧还原起始电位为-15mV，十分接近贵金属催化剂铂碳的0V，具备良好的氧还原催化能力。
在本发明的所有附图中，所有的电位值均已换算为相对于标准氢电极(NHE)的电位。

Claims (7)

1.一种还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(1)氧化石墨烯溶液的配置；
(2)氧化石墨烯-聚苯胺的合成；
(3)将步骤(2)所得产物离心烘干；
(4)取步骤(3)所得粉末超声分散于去离子水中，加入水合肼溶液加热反应至氧化石墨烯被还原；
(5)将步骤(4)所得产物离心烘干；
(6)取步骤(5)所得粉末制备还原石墨烯-聚苯胺悬浮液，加入醋酸锰，硝酸铈，用KOH溶液调节pH＝9，加热条件下加入高锰酸钾溶液，搅拌反应一段时间后离心烘干。
2.如权利要求1所述的还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)：将氧化石墨烯超声分散在水溶液中，超声频率为50kHz，超声时间为2小时，浓度为1mg/mL。
3.如权利要求1所述的还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)：取氧化石墨烯溶液50mL，加入2mL苯胺，60℃下加入0.5mol/L过二硫酸铵2mL，总反应时间为2小时。
4.如权利要求1所述的还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)：离心转速为9000rpm，离心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60摄氏度真空干燥。
5.如权利要求1所述的还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)：0.5g粉末超声分散于200mL去离子水中，超声频率为50kHz，时间为2小时，加入80％水合肼2mL，加热温度为90℃，反应时间为2小时。
6.如权利要求1所述的还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(5)：离心转速为9000rpm，离心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60摄氏度真空干燥。
7.如权利要求1所述的还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(6)：粉末分散液浓度为1g/L，体积为100mL，醋酸锰浓度为0.1mol/L，硝酸铈浓度为0.1mol/L，加热温度为60℃，使用高锰酸钾溶液为1mol/L，体积为5mL，反应时间为2小时；离心转速为9000rpm，离心后水洗3遍，乙醇洗3遍，60摄氏度真空干燥。
CN201510998714.0A 2015-12-27 2015-12-27 还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法 Pending CN105633423A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510998714.0A CN105633423A (zh) 2015-12-27 2015-12-27 还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510998714.0A CN105633423A (zh) 2015-12-27 2015-12-27 还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105633423A true CN105633423A (zh) 2016-06-01

Family

ID=56048135

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510998714.0A Pending CN105633423A (zh) 2015-12-27 2015-12-27 还原石墨烯-聚苯胺负载铈锰氧化物电催化剂的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105633423A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110718695A (zh) * 2019-11-11 2020-01-21 北京化工大学 一种用于甲酸燃料电池铂基催化体系及其制备方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101733094A (zh) * 2009-12-14 2010-06-16 浙江大学 一种Pt-CeO2/石墨烯电催化剂及其制备方法
CN102114424A (zh) * 2010-12-29 2011-07-06 国电科学技术研究院 一种低温烟气脱硝scr催化剂及制备方法
CN102423705A (zh) * 2011-10-17 2012-04-25 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种燃料电池用氧还原催化剂及其制备方法
CN102824910A (zh) * 2012-08-23 2012-12-19 南京理工大学 一种铂-过渡金属氧化物-石墨烯三元复合催化剂及其制备方法
CN102895997A (zh) * 2012-10-25 2013-01-30 天津大学 直接甲醇燃料电池负载型Pt基阳极催化剂的制备方法
CN103579638A (zh) * 2013-11-11 2014-02-12 上海中聚佳华电池科技有限公司 锂空气电池的空气电极催化剂及其制备方法
CN103769081A (zh) * 2012-10-18 2014-05-07 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种常温一氧化氮吸附/催化氧化催化剂及制备方法
CN103816918A (zh) * 2014-03-21 2014-05-28 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种弱晶化纳米氧化锰基吸附/催化剂及其制备方法
CN104492453A (zh) * 2014-12-10 2015-04-08 北京化工大学 炭载体负载Co3O4-Mn3O4双金属氧化物复合催化剂及其制备方法
CN104759277A (zh) * 2015-03-18 2015-07-08 华南理工大学 一种CeOx-MnOx/石墨烯低温SCR烟气脱硝催化剂及其制备方法
CN104923249A (zh) * 2015-05-19 2015-09-23 福州大学 一种免煅烧型MnO2-Fe2O3-Ce2O3-CeO2/CNTs低温脱硝催化剂

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101733094A (zh) * 2009-12-14 2010-06-16 浙江大学 一种Pt-CeO2/石墨烯电催化剂及其制备方法
CN102114424A (zh) * 2010-12-29 2011-07-06 国电科学技术研究院 一种低温烟气脱硝scr催化剂及制备方法
CN102423705A (zh) * 2011-10-17 2012-04-25 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种燃料电池用氧还原催化剂及其制备方法
CN102824910A (zh) * 2012-08-23 2012-12-19 南京理工大学 一种铂-过渡金属氧化物-石墨烯三元复合催化剂及其制备方法
CN103769081A (zh) * 2012-10-18 2014-05-07 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种常温一氧化氮吸附/催化氧化催化剂及制备方法
CN102895997A (zh) * 2012-10-25 2013-01-30 天津大学 直接甲醇燃料电池负载型Pt基阳极催化剂的制备方法
CN103579638A (zh) * 2013-11-11 2014-02-12 上海中聚佳华电池科技有限公司 锂空气电池的空气电极催化剂及其制备方法
CN103816918A (zh) * 2014-03-21 2014-05-28 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种弱晶化纳米氧化锰基吸附/催化剂及其制备方法
CN104492453A (zh) * 2014-12-10 2015-04-08 北京化工大学 炭载体负载Co3O4-Mn3O4双金属氧化物复合催化剂及其制备方法
CN104759277A (zh) * 2015-03-18 2015-07-08 华南理工大学 一种CeOx-MnOx/石墨烯低温SCR烟气脱硝催化剂及其制备方法
CN104923249A (zh) * 2015-05-19 2015-09-23 福州大学 一种免煅烧型MnO2-Fe2O3-Ce2O3-CeO2/CNTs低温脱硝催化剂

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110718695A (zh) * 2019-11-11 2020-01-21 北京化工大学 一种用于甲酸燃料电池铂基催化体系及其制备方法
CN110718695B (zh) * 2019-11-11 2021-03-26 北京化工大学 一种用于甲酸燃料电池铂基催化体系及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103495432B (zh) 一种高效稳定的燃料电池催化剂制备方法
CN105170169B (zh) 一种氮掺杂石墨烯‑铁基纳米颗粒复合型催化剂及其制备方法
CN101733094B (zh) 一种Pt-CeO2/石墨烯电催化剂及其制备方法
CN101740786B (zh) 一种PtRu/石墨烯纳米电催化剂及其制备方法
CN105642326B (zh) 一种多孔碳负载金属复合材料及其制备方法和应用
CN103252250B (zh) 氮、铁修饰的碳材料的制备及应用
CN103413951A (zh) 氮掺杂石墨烯负载Pt基合金纳米电催化剂及其制备方法
CN103816894B (zh) 掺杂型石墨烯负载PtRu合金纳米电催化剂及其制备方法
CN107335451B (zh) 铂/二硫化钼纳米片/石墨烯三维复合电极催化剂的制备方法
CN103811775A (zh) 一种用于燃料电池氧还原催化剂的多孔纳米复合材料
CN103545536A (zh) 一种碳纤维负载金属催化剂及其制备方法和应用
CN110201662B (zh) 碳载单原子金属催化剂的电化学制备方法
CN101814607A (zh) 一种质子交换膜燃料电池用铂/石墨烯催化剂的制备方法
CN107649160A (zh) 一种石墨烯负载过渡族金属单分散原子催化剂及其制备方法和应用
Yaldagard et al. Pt catalysts on PANI coated WC/C nanocomposites for methanol electro-oxidation and oxygen electro-reduction in DMFC
CN102886260A (zh) 一种钯钌/多壁碳纳米管催化剂及其制备方法
CN105449230B (zh) 一种LaCoO3/N-rGO复合物及其制备和应用方法
CN106784880B (zh) 水溶性一维金钯合金纳米线的合成方法
CN111659394A (zh) 一种铜基催化剂及其制备方法和应用
CN102744058B (zh) 一种Pd/TiO2@CNT催化剂及其制备方法
CN101773828A (zh) 一种Pt-TiO2/CNTs催化剂及其制备方法
Meng et al. A novel cobalt and nitrogen co-doped mesoporous hollow carbon hemisphere as high-efficient electrocatalysts for oxygen reduction reaction
CN107138172B (zh) 一种电极催化材料的制备方法及其在葡萄糖燃料电池中的应用
CN109731599B (zh) 一种2D氧还原催化剂Fe3O4@FeNC纳米片的制备方法
Salarizadeh et al. Comparison of methanol oxidation reaction process for NiCo2O4/X (X= rGO, MWCNTs, HCNs) nanocatalyst

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

Application publication date: 20160601

RJ01 Rejection of invention patent application after publication