CN108539216A - 一种多孔石墨烯/镍碲复合催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纳米复合材料领域，公开了一种多孔石墨烯/镍碲复合催化剂及其制备方法和应用。本发明采用表面化学沉积法将多孔石墨烯和镍碲催化剂进行复合。其中，镍碲颗粒在多孔石墨烯表面负载沉积，同时进入多孔石墨烯的多孔结构中，所获得的复合催化剂结合了两者的优点，既有镍碲催化剂的良好电化学活性，又有多孔石墨烯赋予的优异电学性能与化学稳定性等性能。基于协同增强机理，复合催化剂具有比单独催化剂更优越的性能。当复合催化剂用于质子交换膜燃料电池阴极催化剂时，新型燃料电池表现出高功率密度和良好耐久性的优点，使用安全性能良好且生产成本低，在实际应用中具有广阔的前景。
Description
技术领域
本发明属于纳米复合材料领域，特别涉及一种多孔石墨烯/镍碲复合催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有装置简单、操作温度低和产物无污染等优点，因而在不同类型的燃料电池中受到了广泛的关注。在PEMFC的结构研究和应用中，膜电极组催化层的催化剂占据了非常关键的地位。特别地，对于阴极催化剂来说，其氧化还原反应动力学缓慢，导致催化剂效率低以及催化剂用量高于阳极，从而引起电池整体转换效率低(Millington B,Whipple V,Pollet B G.A novel method for preparing protonexchange membrane fuel cell electrodes by the ultrasonic-spray technique[J].Journal of Power Sources,2011,196(20):8500-8508.)。因此，为了提高PEMFC的电池效率，阴极催化剂的研究显得十分重要。
一般而言，阴极催化剂包括铂金属、铂基合金和非铂基材料。铂金属成本昂贵、长期稳定性差和动力学过程缓慢，铂基合金在使用过程中常出现老化并部分或全部失活现象，上述缺陷限制了这两类催化剂的进一步发展。针对这些问题，非铂基材料的出现成为了有效的解决方法之一。在众多非铂基材料中，镍基、钌基和钴基等硫族金属催化剂表现出较为卓越的电池性能，其具有较高的氧化还原反应活性、较低成本等优点，使其成为最有可能取代铂基金属的一类催化剂(Othman R,Dicks A L,Zhu Z.Non precious metalcatalysts for the PEM fuel cell cathode[J].International Journal of HydrogenEnergy,2012,37(1):357-372.)。
此外，为了满足催化剂高活性、高导电率、良好的长期稳定性以及低成本的特征，一般会选择具有高比表面积、高导电性和良好化学稳定等特性的材料作为催化剂载体。催化剂载体可直接影响催化剂的分散、活性与稳定性。常用的载体材料包括了炭黑、碳纳米管、碳纤维及其改性物等。Nekooi等人(Nekooi P,Akbari M,Amini M K.CoSenanoparticles prepared by the microwave-assisted polyol method as an alcoholand formic acid tolerant oxygen reduction catalyst[J].International Journalof Hydrogen Energy,2010,35(12):6392-6398.)利用微波辅助的方法合成钴硒/炭黑复合催化剂，在不同溶液中的极化曲线测试结果表明炭黑的加入可提高钴硒催化剂的催化活性，并使其不被有机小分子毒化。Camargo等人(Camargo P H C,Peng Z,Lu X,Yang H,XiaY.Synthesis and application of RuSe2+δnanotubes as a methanol tolerantelectrocatalyst for the oxygen reduction reaction[J].Journal of MaterialsChemistry,2009,19(7):1024-1030.)通过化学还原法制备钌硒/碳纳米管复合催化剂，结果表明碳纳米管的加入可显著增强钌硒催化剂的氧化还原反应活性和抗甲醇毒化能力。尽管如此，与铂基催化剂相比，硫族金属催化剂的活性较低、电池性能较差，仍需更多的研究与进一步的提高。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种多孔石墨烯/镍碲复合催化剂的制备方法。
本发明另一目的在于提供上述方法制备的多孔石墨烯/镍碲复合催化剂。
本发明再一目的在于提供上述多孔石墨烯/镍碲复合催化剂在质子交换膜燃料电池中的应用。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种多孔石墨烯/镍碲复合催化剂的制备方法，其主要包括以下步骤：
(1)称取氧化石墨烯，加入碱，在氮气保护下进行煅烧反应，待反应结束后冷却取出，洗涤，干燥，备用，得到多孔石墨烯；
(2)量取NiCl2/乙二醇溶液和Na2TeO3水溶液，混合并加入乙二醇，搅拌，超声，备用，得到混合溶液；
(3)往步骤(2)的混合溶液中加入步骤(1)的多孔石墨烯，搅拌，超声，微波处理，待冷却取出，离心过滤，洗涤，干燥，得到多孔石墨烯/镍碲复合催化剂。
步骤(1)所述的氧化石墨烯优选为根据改良Hummer法(Kovtyukhova N I,Ollivier P J,Martin B R,Mallouk T E,Chizhik S A,Buzaneva E V,Gorchinskiy AD.Layer-by-layer assembly of ultrathin composite films from micron-sizedgraphite oxide sheets and polycations.Chemistry of Materials,1999,11(3):771-778.)制备得到。
步骤(1)中所述的碱为氢氧化钠或氢氧化钾；
步骤(1)中所述的氧化石墨烯和碱的质量比为1：2～5；
步骤(1)中所述的煅烧反应是指在700～800℃下反应1.5～2.5h；
步骤(1)中所述的洗涤指用去离子水洗涤2～3次，所述的干燥是指冷冻干燥；
步骤(1)中所述的多孔石墨烯的比表面积为400～550m2/g，其电导率为30～65S·m-1，900℃内的失重为3～6wt％。
步骤(2)中所述的NiCl2/乙二醇溶液的浓度为0.2～1.4mg/mL；所述的Na2TeO3水溶液的浓度为0.3～1.8mg/mL；
步骤(2)中所述的NiCl2/乙二醇溶液、Na2TeO3水溶液和乙二醇的体积比为1：1～3：0.2～0.6；
步骤(2)所述的搅拌指常温下搅拌10～40min；步骤(2)所述的超声指在功率250～450W下超声10～40min。
步骤(3)中所述的步骤(2)的混合溶液和步骤(1)的多孔石墨烯的用量满足每330～690mL的步骤(2)的混合溶液对应加入0.2～1.2g的步骤(1)的多孔石墨烯；
步骤(3)中所述的搅拌指常温下在400～700r/min速度下搅拌20～40min；步骤(3)中所述的超声指在功率250～450W下超声20～40min；
步骤(3)中所述的微波处理指在微波炉中功率为800～1100W加热110～170s；
步骤(3)中所述的洗涤指依次用丙酮、无水乙醇和去离子水洗涤2～3次；步骤(3)中所述的干燥指在70～85℃下真空干燥12～24h。
一种通过上述方法制备得到多孔石墨烯/镍碲复合催化剂。
上述的多孔石墨烯/镍碲复合催化剂在质子交换膜燃料电池中的应用。
本发明的机理为：
采用表面化学沉积法将多孔石墨烯和镍碲催化剂进行复合。其中，镍碲颗粒在多孔石墨烯表面负载沉积，同时进入多孔石墨烯的多孔结构中。所获得的复合催化剂结合了两者的优点，既有镍碲催化剂的良好电化学活性，又有多孔石墨烯赋予的优异电学性能与化学稳定性等性能。
此外，基于协同增强机理，复合催化剂具有比单独催化剂更优越的性能。当复合催化剂用于质子交换膜燃料电池阴极催化剂时，新型燃料电池表现出高功率密度和良好耐久性的优点。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
(1)本发明采用高比表面积的多孔石墨烯作为载体，可以更好地沉积镍碲催化剂，使其均匀分散，从而增大镍碲颗粒的活性面积，减小其晶粒尺寸，显著增强镍碲催化剂的电化学性能；
(2)多孔石墨烯具有高导电率和优异化学稳定性的特点，可以提高镍碲催化剂的电导性和活性金属的稳定性，从而增强镍碲催化剂的催化活性以及耐久性；
(3)镍碲颗粒在多孔石墨烯表面沉积，可以有效地阻止多孔石墨烯片层之间的团聚，从而提高多孔石墨烯的比表面积和导电率；
(4)采用多孔石墨烯/镍碲复合催化剂作为质子交换膜燃料电池阴极催化剂时，制备得到的新型燃料电池具有高功率密度和良好耐久性的特点，使用安全性能良好且生产成本低，在实际应用中具有广阔的前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。实施例中多孔石墨烯的比表面积采用Micromeritics ASAP 2010进行测定；电导率利用RTS-8型四探针仪器进行测定；失重使用美国TA公司的SDT-Q600型热重分析仪进行测试，升温速率10℃/min，在N2气氛中进行。实施例中所用微波炉为日本SHARP的R357EK型微波炉。
实施例1：多孔石墨烯/镍碲复合催化剂的制备
(1)氧化石墨烯制备：氧化石墨烯根据改良Hummer法(Kovtyukhova N I,OllivierP J,Martin B R,Mallouk T E,Chizhik S A,Buzaneva E V,Gorchinskiy A D.Layer-by-layer assembly of ultrathin composite films from micron-sized graphite oxidesheets and polycations.Chemistry of Materials,1999,11(3):771-778.)制备得到。具体步骤如下：在三口烧瓶中加入23mL浓硫酸，用冰水浴将其冷却至5℃以下，在搅拌作用下加入1g石墨粉和1g五氧化二磷，然后缓慢加入5g高锰酸钾，接着继续反应0.5h；移去冰水浴，将温度升至35℃并继续搅拌2h；最后再升温至80℃，待溶液成浆状时将溶液倒入装有200mL去离子水的烧杯内，再往烧杯加入5mL 30％双氧水，同时用力搅拌。通过离心获得氧化石墨烯，用去离子水将其洗至中性后冷冻干燥并研磨，得到氧化石墨烯固体；
(2)称取1g改良Hummer法制备的氧化石墨烯，加入2g氢氧化钠，氮气保护下700℃反应1.5h，待冷却取出，用去离子水洗涤2次，冷冻干燥，备用，得到多孔石墨烯；多孔石墨烯的比表面积为400m2/g；其电导率为30S·m-1；900℃内的失重为3wt％；
(3)量取150mL 0.2mg/mL NiCl2/乙二醇溶液和150mL 0.3mg/mL Na2TeO3溶液至烧杯中，加入30mL乙二醇，常温下搅拌10min，在功率250W下超声10min，备用，得到混合溶液；
(4)往步骤(3)混合溶液中加入0.2g步骤(2)多孔石墨烯，常温下在400r/min速度下搅拌20min，在功率250W下超声20min，在微波炉中功率为800W加热110s，待冷却取出，离心过滤，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水洗涤2次，70℃下真空干燥12h，得到多孔石墨烯/镍碲复合催化剂。
实施例2：多孔石墨烯/镍碲复合催化剂的制备
(1)氧化石墨烯制备：氧化石墨烯根据改良Hummer法(Kovtyukhova N I,OllivierP J,Martin B R,Mallouk T E,Chizhik S A,Buzaneva E V,Gorchinskiy A D.Layer-by-layer assembly of ultrathin composite films from micron-sized graphite oxidesheets and polycations.Chemistry of Materials,1999,11(3):771-778.)制备得到。具体步骤如下：在三口烧瓶中加入23mL浓硫酸，用冰水浴将其冷却至5℃以下，在搅拌作用下加入1g石墨粉和1g五氧化二磷，然后缓慢加入5g高锰酸钾，接着继续反应0.5h；移去冰水浴，将温度升至35℃并继续搅拌2h；最后再升温至80℃，待溶液成浆状时将溶液倒入装有200mL去离子水的烧杯内，再往烧杯加入5mL 30％双氧水，同时用力搅拌。通过离心获得氧化石墨烯，用去离子水将其洗至中性后冷冻干燥并研磨，得到氧化石墨烯固体；
(2)称取1g改良Hummer法制备的氧化石墨烯，加入3g氢氧化钠，氮气保护下700℃反应2.5h，待冷却取出，用去离子水洗涤2次，冷冻干燥，备用，得到多孔石墨烯；多孔石墨烯的比表面积为440m2/g；其电导率为40S·m-1；900℃内的失重为3.5wt％；
(3)量取150mL 0.4mg/mL NiCl2/乙二醇溶液和150mL 0.7mg/mL Na2TeO3溶液至烧杯中，加入40mL乙二醇，常温下搅拌15min，在功率250W下超声20min，备用，得到混合溶液；
(4)往步骤(3)混合溶液中加入0.4g步骤(2)多孔石墨烯，常温下在450r/min速度下搅拌25min，在功率250W下超声30min，在微波炉中功率为900W加热120s，待冷却取出，离心过滤，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水洗涤2次，70℃下真空干燥18h，得到多孔石墨烯/镍碲复合催化剂。
实施例3：多孔石墨烯/镍碲复合催化剂的制备
(1)氧化石墨烯制备：氧化石墨烯根据改良Hummer法(Kovtyukhova N I,OllivierP J,Martin B R,Mallouk T E,Chizhik S A,Buzaneva E V,Gorchinskiy A D.Layer-by-layer assembly of ultrathin composite films from micron-sized graphite oxidesheets and polycations.Chemistry of Materials,1999,11(3):771-778.)制备得到。具体步骤如下：在三口烧瓶中加入23mL浓硫酸，用冰水浴将其冷却至5℃以下，在搅拌作用下加入1g石墨粉和1g五氧化二磷，然后缓慢加入5g高锰酸钾，接着继续反应0.5h；移去冰水浴，将温度升至35℃并继续搅拌2h；最后再升温至80℃，待溶液成浆状时将溶液倒入装有200mL去离子水的烧杯内，再往烧杯加入5mL 30％双氧水，同时用力搅拌。通过离心获得氧化石墨烯，用去离子水将其洗至中性后冷冻干燥并研磨，得到氧化石墨烯固体；
(2)称取1g改良Hummer法制备的氧化石墨烯，加入5g氢氧化钠，氮气保护下750℃反应1.5h，待冷却取出，用去离子水洗涤2次，冷冻干燥，备用，得到多孔石墨烯；多孔石墨烯的比表面积为460m2/g；其电导率为45S·m-1；900℃内的失重为4wt％；
(3)量取150mL 0.9mg/mL NiCl2/乙二醇溶液和250mL 1.2mg/mL Na2TeO3溶液至烧杯中，加入50mL乙二醇，常温下搅拌20min，在功率250W下超声40min，备用，得到混合溶液；
(4)往步骤(3)混合溶液中加入0.6g步骤(2)多孔石墨烯，常温下在550r/min速度下搅拌30min，在功率250W下超声40min，在微波炉中功率为900W加热140s，待冷却取出，离心过滤，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水洗涤2次，70℃下真空干燥24h，得到多孔石墨烯/镍碲复合催化剂。
实施例4：多孔石墨烯/镍碲复合催化剂的制备
(1)氧化石墨烯制备：氧化石墨烯根据改良Hummer法(Kovtyukhova N I,OllivierP J,Martin B R,Mallouk T E,Chizhik S A,Buzaneva E V,Gorchinskiy A D.Layer-by-layer assembly of ultrathin composite films from micron-sized graphite oxidesheets and polycations.Chemistry of Materials,1999,11(3):771-778.)制备得到。具体步骤如下：在三口烧瓶中加入23mL浓硫酸，用冰水浴将其冷却至5℃以下，在搅拌作用下加入1g石墨粉和1g五氧化二磷，然后缓慢加入5g高锰酸钾，接着继续反应0.5h；移去冰水浴，将温度升至35℃并继续搅拌2h；最后再升温至80℃，待溶液成浆状时将溶液倒入装有200mL去离子水的烧杯内，再往烧杯加入5mL 30％双氧水，同时用力搅拌。通过离心获得氧化石墨烯，用去离子水将其洗至中性后冷冻干燥并研磨，得到氧化石墨烯固体；
(2)称取1g改良Hummer法制备的氧化石墨烯，加入2g氢氧化钾，氮气保护下750℃反应2.5h，待冷却取出，用去离子水洗涤3次，冷冻干燥，备用，得到多孔石墨烯；多孔石墨烯的比表面积为490m2/g；其电导率为55S·m-1；900℃内的失重为4.5wt％；
(3)量取150mL 1.4mg/mL NiCl2/乙二醇溶液和250mL 1.8mg/mL Na2TeO3溶液至烧杯中，加入55mL乙二醇，常温下搅拌30min，在功率350W下超声20min，备用，得到混合溶液；
(4)往步骤(3)混合溶液中加入0.8g步骤(2)多孔石墨烯，常温下在550r/min速度下搅拌35min，在功率350W下超声25min，在微波炉中功率为900W加热150s，待冷却取出，离心过滤，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水洗涤3次，80℃下真空干燥18h，得到多孔石墨烯/镍碲复合催化剂。
实施例5：多孔石墨烯/镍碲复合催化剂的制备
(1)氧化石墨烯制备：氧化石墨烯根据改良Hummer法(Kovtyukhova N I,OllivierP J,Martin B R,Mallouk T E,Chizhik S A,Buzaneva E V,Gorchinskiy A D.Layer-by-layer assembly of ultrathin composite films from micron-sized graphite oxidesheets and polycations.Chemistry of Materials,1999,11(3):771-778.)制备得到。具体步骤如下：在三口烧瓶中加入23mL浓硫酸，用冰水浴将其冷却至5℃以下，在搅拌作用下加入1g石墨粉和1g五氧化二磷，然后缓慢加入5g高锰酸钾，接着继续反应0.5h；移去冰水浴，将温度升至35℃并继续搅拌2h；最后再升温至80℃，待溶液成浆状时将溶液倒入装有200mL去离子水的烧杯内，再往烧杯加入5mL 30％双氧水，同时用力搅拌。通过离心获得氧化石墨烯，用去离子水将其洗至中性后冷冻干燥并研磨，得到氧化石墨烯固体；
(2)称取1g改良Hummer法制备的氧化石墨烯，加入4g氢氧化钾，氮气保护下800℃反应1.5h，待冷却取出，用去离子水洗涤3次，冷冻干燥，备用，得到多孔石墨烯；多孔石墨烯的比表面积为530m2/g；其电导率为60S·m-1；900℃内的失重为5.5wt％；
(3)量取150mL 1.4mg/mL NiCl2/乙二醇溶液和350mL 1.8mg/mL Na2TeO3溶液至烧杯中，加入70mL乙二醇，常温下搅拌30min，在功率350W下超声40min，备用，得到混合溶液；
(4)往步骤(3)混合溶液中加入0.9g步骤(2)多孔石墨烯，常温下在650r/min速度下搅拌35min，在功率350W下超声40min，在微波炉中功率为1000W加热160s，待冷却取出，离心过滤，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水洗涤3次，85℃下真空干燥12h，得到多孔石墨烯/镍碲复合催化剂。
实施例6：多孔石墨烯/镍碲复合催化剂的制备
(1)氧化石墨烯制备：氧化石墨烯购于中国科学院成都有机化学有限公司，纯度＞97wt.％，粒径为0.5～5μm，厚度为0.55～2.0nm；
(2)称取1g改良Hummer法制备的氧化石墨烯，加入5g氢氧化钾，氮气保护下800℃反应2.5h，待冷却取出，用去离子水洗涤3次，冷冻干燥，备用，得到多孔石墨烯；多孔石墨烯的比表面积为550m2/g；其电导率为65S·m-1；900℃内的失重为6wt％；
(3)量取150mL 1.4mg/mL NiCl2/乙二醇溶液和450mL 1.8mg/mL Na2TeO3溶液至烧杯中，加入90mL乙二醇，常温下搅拌40min，在功率450W下超声40min，备用，得到混合溶液；
(4)往步骤(3)混合溶液中加入1.2g步骤(2)多孔石墨烯，常温下在700r/min速度下搅拌40min，在功率450W下超声40min，在微波炉中功率为1100W加热170s，待冷却取出，离心过滤，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水洗涤3次，85℃下真空干燥24h，得到多孔石墨烯/镍碲复合催化剂。
实施例7
将实施例1～6制备得到的多孔石墨烯/镍碲复合催化剂应用于质子交换膜燃料电池阴极催化剂中，同时以未加多孔石墨烯的实施例1-6制备得到的镍碲催化剂作为对应的对比样1～6，应用于质子交换膜燃料电池阴极催化剂中，并进行电化学测试。具体过程和步骤如下：
(1)膜电极组的制备
A、将阳极催化剂(商用40％Pt/C)或阴极催化剂(多孔石墨烯/镍碲复合催化剂)与5wt.％Nafion溶液、去离子水和异丙醇按质量比为4：2：1：1常温搅拌20min，在功率为450W下超声20min，使浆料分散均匀。
B、采用商用Nafion 212膜作为质子交换膜，将其固定在夹具上，并在加热板上加热。
C、采用超声波喷涂的方法，将阳极和阴极催化剂浆料分别喷涂在膜的两侧上，其中阳极喷涂周期为12次，阴极喷涂周期为6次，得到完整的膜电极组。
(2)电池性能测试
将上述制备好的膜电极组在不热压的情况下放置于5cm2电池模具中(该模具的流道形式为单蛇形)，并以燃料电池测试机台(Scribner Associates公司850C)进行活化与性能测试。常压状态，电池测试温度为65℃，阴极和阳极加湿温度均为65℃，相对湿度为100％，其中氢气/空气和氢气/氧气的流量分别为100/250mL/min和250/250mL/min。
(3)加速老化试验
在电池性能测试后，保持相同的电池操作条件：常压状态，电池测试温度为65℃，阴极和阳极加湿温度均为65℃，相对湿度为100％，其中氢气/空气的流量为100/250mL/min。使用电流循环方法进行加速老化试验，一个周期为1min，即0mA/cm2维持30s，200mA/cm2维持30s，测试电池的性能。经过5000圈老化周期后，单电池性能退化的程度采用老化试验前后电池的最大功率密度损失率来表示。
实施例1～6中制备的多孔石墨烯/镍碲复合催化剂以及对应的未加多孔石墨烯的实施例1-6制备得到的镍碲催化剂作为阴极催化剂的单电池性能测试结果分别如表1～6所示。由表1～6可知，所获得的多孔石墨烯/镍碲复合催化剂综合了两个组分的优点，既有镍碲催化剂的良好电化学活性，又有多孔石墨烯赋予的优异电学性能与化学稳定性等性能。基于协同增强机理，复合催化剂具有比单独催化剂更优越的性能。与单独催化剂相比，当复合催化剂用于质子交换膜燃料电池阴极催化剂时，新型燃料电池表现出更高的功率密度和更良好的耐久性。
表1实施例1中制备的多孔石墨烯/镍碲复合催化剂以及未加多孔石墨烯的实施例1制备的对比样1作为阴极催化剂的单电池性能测试结果
表2实施例2中制备的多孔石墨烯/镍碲复合催化剂以及未加多孔石墨烯的实施例2制备的对比样2作为阴极催化剂的单电池性能测试结果
表3实施例3中制备的多孔石墨烯/镍碲复合催化剂以及未加多孔石墨烯的实施例3制备的对比样3作为阴极催化剂的单电池性能测试结果
表4实施例4中制备的多孔石墨烯/镍碲复合催化剂以及未加多孔石墨烯的实施例4制备的对比样4作为阴极催化剂的单电池性能测试结果
表5实施例5中制备的多孔石墨烯/镍碲复合催化剂以及未加多孔石墨烯的实施例5制备的对比样5作为阴极催化剂的单电池性能测试结果
表6实施例6中制备的多孔石墨烯/镍碲复合催化剂以及未加多孔石墨烯的实施例6制备的对比样6作为阴极催化剂的单电池性能测试结果
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多孔石墨烯/镍碲复合催化剂的制备方法，其特征在于主要包括以下步骤：
(1)称取氧化石墨烯，加入碱，在氮气保护下进行煅烧反应，待反应结束后冷却取出，洗涤，干燥，备用，得到多孔石墨烯；
(2)量取NiCl2/乙二醇溶液和Na2TeO3水溶液，混合并加入乙二醇，搅拌，超声，备用，得到混合溶液；
(3)往步骤(2)的混合溶液中加入步骤(1)的多孔石墨烯，搅拌，超声，微波处理，待冷却取出，离心过滤，洗涤，干燥，得到多孔石墨烯/镍碲复合催化剂。
2.根据权利要求1所述的多孔石墨烯/镍碲复合催化剂的制备方法，其特征在于：
步骤(1)所述的氧化石墨烯根据改良Hummer法制备得到；
步骤(1)中所述的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
3.根据权利要求1所述的多孔石墨烯/镍碲复合催化剂的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的氧化石墨烯和碱的质量比为1：2～5；
步骤(1)中所述的煅烧反应是指在700～800℃下反应1.5～2.5h；
步骤(1)中所述的洗涤指用去离子水洗涤2～3次，所述的干燥是指冷冻干燥。
4.根据权利要求1所述的多孔石墨烯/镍碲复合催化剂的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的多孔石墨烯的比表面积为400～550m2/g，其电导率为30～65S·m-1，900℃内的失重为3～6wt％。
5.根据权利要求1所述的多孔石墨烯/镍碲复合催化剂的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的NiCl2/乙二醇溶液的浓度为0.2～1.4mg/mL；所述的Na2TeO3水溶液的浓度为0.3～1.8mg/mL；
步骤(2)中所述的NiCl2/乙二醇溶液、Na2TeO3水溶液和乙二醇的体积比为1：1～3：0.2～0.6。
6.根据权利要求1所述的多孔石墨烯/镍碲复合催化剂的制备方法，其特征在于：
步骤(2)所述的搅拌指常温下搅拌10～40min；步骤(2)所述的超声指在功率250～450W下超声10～40min。
7.根据权利要求1所述的多孔石墨烯/镍碲复合催化剂的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中所述的步骤(2)的混合溶液和步骤(1)的多孔石墨烯的用量满足每330～690mL的步骤(2)的混合溶液对应加入0.2～1.2g的步骤(1)的多孔石墨烯。
8.根据权利要求1所述的多孔石墨烯/镍碲复合催化剂的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中所述的搅拌指常温下在400～700r/min速度下搅拌20～40min；步骤(3)中所述的超声指在功率250～450W下超声20～40min；
步骤(3)中所述的微波处理指在微波炉中功率为800～1100W加热110～170s；
步骤(3)中所述的洗涤指依次用丙酮、无水乙醇和去离子水洗涤2～3次；步骤(3)中所述的干燥指在70～85℃下真空干燥12～24h。
9.一种根据权利要求1～8任一项所述的方法制备得到的多孔石墨烯/镍碲复合催化剂。
10.根据权利要求9所述的多孔石墨烯/镍碲复合催化剂在质子交换膜燃料电池中的应用。
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|---|---|---|---|---|
| CN113437316A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-09-24 | 广东省武理工氢能产业技术研究院 | 一种碲掺杂氧还原催化剂及其制备方法 |
| CN113437316B (zh) * | 2021-07-06 | 2022-04-01 | 广东省武理工氢能产业技术研究院 | 一种碲掺杂氧还原催化剂及其制备方法 |
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| CN108539216B (zh) | 2019-10-22 |
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