CN106423242A - 一种氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂的制备方法 - Google Patents

一种氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂的制备方法 Download PDF

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余建国
石文娟
赵永男
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    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/24—Nitrogen compounds

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Abstract

本发明公开了一种氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂的制备方法，包括以下步骤：将葡萄糖、尿素和乙酸镍依次分散在蒸馏水中，经搅拌、蒸干、碳化、洗涤、干燥后即可得到氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂。本发明制备的氮掺杂的镍/碳催化剂在氢氧化钠溶液中，对乙醇具有很强的电催化氧化活性，其电流密度可以达到327mA cm‑2，良好的稳定性，且制备成本低廉，是一种用于直接乙醇燃料电池阳极的新型高性能催化剂。

Description

一种氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种乙醇催化氧化剂的制备方法，具体涉及一种氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂的制备方法。
背景技术
近些年来，随着对能源的需求和对环境保护的要求越来越高，人们对于具有高效、清洁、对人体无毒害的燃料电池等新能源技术的使用愿望变得越来越迫切。直接液体燃料电池可以利用甲醇作燃料，但甲醇有一定的毒性，因此必须探索新的液体以替代有毒的甲醇，乙醇可再生，且无毒、来源丰富、使用安全，实际应用潜力巨大，可以替代直接甲醇燃料电池。目前，研究最多的直接乙醇燃料电池催化剂仍是铂和钯类材料。这些材料资源稀少，价格昂贵，且催化过程中易中毒导致催化活性降低，运行寿命短，其大规模商业化应用受到了严重的制约。
因此，使催化剂电催化活性提高，成本更加降低，是直接乙醇燃料电池研究开发的重要内容。例如，介孔的Ni/Ni(OH)2催化剂，提供了大的比表面积，促进传质，并有效地提高乙醇氧化反应的电催化性能。无模板法制备的高分散介孔NiCo2O4催化剂乙醇催化氧化有很好的性能。本发明利用葡萄糖乙酸镍和尿素形成了一种非贵金属催化剂，这对提高直接乙醇燃料电池等能源转换装置商业化发展有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂的制备方法，制备的催化剂对乙醇氧化催化活性和长期稳定性有所提高，并且，实用过程中应用的乙醇价格低廉，方便携带，且无毒，具备较高的实用价值。
本发明的氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂的制备方法，包括以下步骤：将葡萄糖、尿素、乙酸镍和水以1∶0.15～0.6∶0.10～0.55∶15的质量比称量后置于烧杯中，在室温下搅拌20～60min，在80～100℃干燥8～12h；然后在氮气气氛下以1～5℃/min的升温速率升温到600～1000℃，在最高温度恒温0～5h；然后在氮气氛围下自然降温至室温；蒸馏水中煮沸洗涤至中性，于60～100℃干燥1～10h即得到镍氮/碳高性能乙醇氧化催化剂。
以葡萄糖为碳源，多孔碳提供了一个高的比表面积和更多的活性位点，并且微孔促进乙醇的扩散，以及碳包覆镍纳米粒子使其更稳定。小尺寸的镍纳米粒子具有较高的催化活性。此外，氮掺杂提供了丰富的氮官能团和更多的催化位点。这些催化剂的结构特征可以提高乙醇氧化的电催化性能，包括更高的电流密度，较低的起始电位和良好的循环稳定性。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清晰，本发明提供如下附图进行说明：
图1为实施例1制备的氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂的EDAX图；
图2为实施例1制备的氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂的XRD图；
图3为实施例1制备的氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂在0.1M NaOH+0.5MC2H5OH溶液中的循环伏安曲线图。
具体实施方式
实施例1
一种氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂制备方法，包括如下步骤：分别将2.0g葡萄糖、2.3g尿素、0.5g乙酸镍和50ml水置于100ml烧杯中，在室温下搅拌30min，在80℃干燥12h；然后在氮气气氛下以3℃/min的升温速率升温到800℃，在最高温度恒温2h；然后在氮气氛围下自然降温至室温；蒸馏水中煮沸洗涤至中性，于100℃干燥2h即得到镍氮/碳高性能乙醇氧化催化剂。图1为氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂的EDAX图，从图中明显的看出了球状结构，并且碳氮镍元素都均匀分布。图2为制备的氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂的XRD图，从图中可以看出面心立方金属镍分别对应于(111)，(200)和(220)晶面，并且通过计算可以得出镍颗粒尺寸的大小。图3为制备的氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂在0.1M NaOH+0.5M C2H5OH溶液中的循环伏安曲线图，可以看出镍氮/碳催化剂表现出很高的电流密度(250mA cm-2)，并且通过循环500圈以后，电流密度仍然可以保持90％，说明制备的氮掺杂的镍/碳催化剂具有优良的乙醇氧化催化性能，这良好的性能得益于小的镍纳米颗粒(2.02nm)和丰富的氮官能团。
实施例2
一种氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂制备方法，包括如下步骤：分别将2.0g葡萄糖、1.8g尿素、0.5g乙酸镍和50ml水置于100ml烧杯中，在室温下搅拌30min，在80℃干燥12h；然后在氮气气氛下以2℃/min的升温速率升温到900℃，在最高温度恒温2h；然后在氮气氛围下自然降温至室温；蒸馏水中煮沸洗涤至中性，于100℃干燥2h即得到镍氮/碳高性能乙醇氧化催化剂。由此制备的催化剂形貌比较不规则，有少量的团聚现象，并且分布不均匀，且相对于实例1，电流密度有所下降(210mA cm-2)并且镍纳米颗粒明显增大。
实施例3
一种氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂制备方法，包括如下步骤：分别将2.0g葡萄糖、1.8g尿素、0.5g乙酸镍和50ml水置于100ml烧杯中，在室温下搅拌30min，在80℃干燥12h；然后在氮气气氛下以3℃/min的升温速率升温到800℃，在最高温度恒温2h；然后在氮气氛围下自然降温至室温；蒸馏水中煮沸洗涤至中性，于100℃干燥2h即得到镍氮/碳高性能乙醇氧化催化剂。由此制备的催化剂形貌相对于实例1，电流密度有所下降，颗粒尺寸增大，不利于发生氧化反应，并且氮官能团减少，没有更多的活性位点。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制，在本发明技术方案中所采用的各组分的质量比范围内，还可以作出若干修改和改进，这些修改和改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将葡萄糖、尿素和乙酸镍依次分散在蒸馏水中，经搅拌、蒸干、碳化、洗涤、干燥后即可得到氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂。
2.根据权利要求1所述的氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂，其特征在于，所述葡萄糖、尿素、乙酸镍和水的质量比1∶0.15～0.6∶0.10～0.55∶15。
3.根据权利要求1所述的氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂，其特征在于，搅拌时间20～60min，温度为室温。
4.根据权利要求1所述的氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂，干燥包括如下步骤：将混合液在80～100℃干燥8～12h。
5.根据权利要求1所述的氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂，所述的碳化过程包括如下步骤：在氮气氛围下以1～5℃/min的升温速率升温到600～1000℃，在最高温度恒温0～5h；然后在氮气氛围下自然降温至室温。
6.根据权利要求1所述的镍氮/碳高性能乙醇氧化催化剂，所述的洗净烘干过程为：把煅烧后的样品放入蒸馏水中煮沸，过滤洗涤至中性，然后60～100℃干燥1～10h。
7.根据权利要求1-6所制备的氮掺杂的镍/碳高性能乙醇氧化催化剂，具有超高的电流密度(327mA cm-2)和很好的稳定性(循环500圈后，电流密度仍能保持90％)，这些良好的性能与催化剂的结构息息相关，通过本方法可制备出很小的捏纳米颗粒(2.02nm)和丰富的氮官能团。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106902871A (zh) * 2017-03-03 2017-06-30 浙江工业大学 碳物种修饰型金属Ni基催化剂及其应用
CN107469824A (zh) * 2017-09-26 2017-12-15 天津工业大学 一种碳包覆的中空晶体氧化镍的乙醇氧化催化剂的制备方法
CN107626313A (zh) * 2017-09-26 2018-01-26 天津工业大学 一种镍/氧化镍纳米块的乙醇氧化催化剂的制备方法
CN107732263A (zh) * 2017-09-26 2018-02-23 天津工业大学 一种高效电子传输结构的乙醇氧化催化剂的制备方法
CN107754840A (zh) * 2017-10-20 2018-03-06 天津工业大学 一步法制备用于乙醇催化氧化的氮掺杂铂镍/碳电化学催化剂
CN109382125A (zh) * 2017-08-02 2019-02-26 中国科学技术大学 一种镍氮共掺杂碳基电催化剂、其制备方法及应用
CN110451507A (zh) * 2019-07-30 2019-11-15 深圳大学 多孔碳材料的制备方法、超级电容器电极和超级电容器
CN110690464A (zh) * 2019-10-22 2020-01-14 陕西科技大学 一种过渡金属和氮共掺杂多孔碳电催化剂的制备方法
CN114471661A (zh) * 2022-02-18 2022-05-13 天津天科同创科技有限公司 常温催化氧化乙酸乙酯VOCs成型催化剂的制备及应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX2008016440A (es) * 2008-12-19 2010-06-21 Ct Investig Y Estudios Del Ipn Electrocatalizadores bimetalitos resistentes a monoxido de carbono y metanol para su aplicacion en celdas de combustible de electrolito polimerico.
CN102489314A (zh) * 2011-12-07 2012-06-13 天津大学 用于甲醇、乙醇燃料电池的石墨烯负载双金属纳米粒子及制备方法
CN102614880A (zh) * 2012-01-12 2012-08-01 西北师范大学 一种碳载非晶态金属镍的制备和应用
CN102891326A (zh) * 2012-10-23 2013-01-23 南京交通职业技术学院 氮掺杂中空碳球负载的钯基催化剂及其制备方法和应用该催化剂的乙醇燃料电池
CN105413730A (zh) * 2015-11-25 2016-03-23 青岛大学 一种氮掺杂碳纳米管包裹钴电催化氧还原材料的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX2008016440A (es) * 2008-12-19 2010-06-21 Ct Investig Y Estudios Del Ipn Electrocatalizadores bimetalitos resistentes a monoxido de carbono y metanol para su aplicacion en celdas de combustible de electrolito polimerico.
CN102489314A (zh) * 2011-12-07 2012-06-13 天津大学 用于甲醇、乙醇燃料电池的石墨烯负载双金属纳米粒子及制备方法
CN102614880A (zh) * 2012-01-12 2012-08-01 西北师范大学 一种碳载非晶态金属镍的制备和应用
CN102891326A (zh) * 2012-10-23 2013-01-23 南京交通职业技术学院 氮掺杂中空碳球负载的钯基催化剂及其制备方法和应用该催化剂的乙醇燃料电池
CN105413730A (zh) * 2015-11-25 2016-03-23 青岛大学 一种氮掺杂碳纳米管包裹钴电催化氧还原材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
屠赛琦: "过渡金属纳米材料的制备以及作为燃料电池催化材料的初步研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106902871B (zh) * 2017-03-03 2019-07-26 浙江工业大学 碳物种修饰型金属Ni基催化剂及其应用
CN106902871A (zh) * 2017-03-03 2017-06-30 浙江工业大学 碳物种修饰型金属Ni基催化剂及其应用
CN109382125B (zh) * 2017-08-02 2020-06-26 中国科学技术大学 一种镍氮共掺杂碳基电催化剂、其制备方法及应用
CN109382125A (zh) * 2017-08-02 2019-02-26 中国科学技术大学 一种镍氮共掺杂碳基电催化剂、其制备方法及应用
CN107732263A (zh) * 2017-09-26 2018-02-23 天津工业大学 一种高效电子传输结构的乙醇氧化催化剂的制备方法
CN107626313A (zh) * 2017-09-26 2018-01-26 天津工业大学 一种镍/氧化镍纳米块的乙醇氧化催化剂的制备方法
CN107469824A (zh) * 2017-09-26 2017-12-15 天津工业大学 一种碳包覆的中空晶体氧化镍的乙醇氧化催化剂的制备方法
CN107754840A (zh) * 2017-10-20 2018-03-06 天津工业大学 一步法制备用于乙醇催化氧化的氮掺杂铂镍/碳电化学催化剂
CN110451507A (zh) * 2019-07-30 2019-11-15 深圳大学 多孔碳材料的制备方法、超级电容器电极和超级电容器
CN110451507B (zh) * 2019-07-30 2021-07-30 深圳大学 多孔碳材料的制备方法、超级电容器电极和超级电容器
CN110690464A (zh) * 2019-10-22 2020-01-14 陕西科技大学 一种过渡金属和氮共掺杂多孔碳电催化剂的制备方法
CN110690464B (zh) * 2019-10-22 2022-07-29 陕西科技大学 一种过渡金属和氮共掺杂多孔碳电催化剂的制备方法
CN114471661A (zh) * 2022-02-18 2022-05-13 天津天科同创科技有限公司 常温催化氧化乙酸乙酯VOCs成型催化剂的制备及应用

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