CN116892035A - 用于燃料电池的制取氢气的催化剂及其应用 - Google Patents
用于燃料电池的制取氢气的催化剂及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116892035A CN116892035A CN202310781059.8A CN202310781059A CN116892035A CN 116892035 A CN116892035 A CN 116892035A CN 202310781059 A CN202310781059 A CN 202310781059A CN 116892035 A CN116892035 A CN 116892035A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- catalyst
- application
- copper
- hydrogen
- cobalt
- 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
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 64
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 40
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 39
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 18
- RYTYSMSQNNBZDP-UHFFFAOYSA-N cobalt copper Chemical compound [Co].[Cu] RYTYSMSQNNBZDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 8
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- QGLWBTPVKHMVHM-KTKRTIGZSA-N (z)-octadec-9-en-1-amine Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCCN QGLWBTPVKHMVHM-KTKRTIGZSA-N 0.000 claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 150000001868 cobalt Chemical class 0.000 claims description 10
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 claims description 10
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 8
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 12
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 241000257465 Echinoidea Species 0.000 abstract description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 24
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 18
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910016507 CuCo Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 9
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 238000001075 voltammogram Methods 0.000 description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 6
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 5
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 5
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- DSVGQVZAZSZEEX-UHFFFAOYSA-N [C].[Pt] Chemical compound [C].[Pt] DSVGQVZAZSZEEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003158 alcohol group Chemical group 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 229940011182 cobalt acetate Drugs 0.000 description 1
- GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L cobalt dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Co+2] GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate Chemical compound [Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001981 cobalt nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000361 cobalt sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940044175 cobalt sulfate Drugs 0.000 description 1
- KTVIXTQDYHMGHF-UHFFFAOYSA-L cobalt(2+) sulfate Chemical compound [Co+2].[O-]S([O-])(=O)=O KTVIXTQDYHMGHF-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- QAHREYKOYSIQPH-UHFFFAOYSA-L cobalt(II) acetate Chemical compound [Co+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O QAHREYKOYSIQPH-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000365 copper sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L copper(II) chloride Chemical compound Cl[Cu]Cl ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical compound [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- OPQARKPSCNTWTJ-UHFFFAOYSA-L copper(ii) acetate Chemical compound [Cu+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O OPQARKPSCNTWTJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910000474 mercury oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- UKWHYYKOEPRTIC-UHFFFAOYSA-N mercury(ii) oxide Chemical compound [Hg]=O UKWHYYKOEPRTIC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002688 persistence Effects 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/467—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction
- C02F1/4676—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electroreduction
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/042—Electrodes formed of a single material
- C25B11/046—Alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/60—Constructional parts of cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本申请公开了用于燃料电池的制取氢气的催化剂及其应用。本申请的第一方面，提供一种用于燃料电池的制取氢气的催化剂，该催化剂包括海胆状的铜钴合金。根据本申请实施例的催化剂，至少具有如下有益效果：本申请实施例提供一种具有海胆形貌的催化剂，这种海胆形貌赋予催化剂更高的比表面积，用于催化反应进行时与电解液的接触面积更大，催化剂的利用率有了明显提高。同时配合其铜钴两种元素的合金形式，催化剂对于析氢反应的催化活性得到显著改善。
Description
技术领域
本申请涉及催化技术领域，尤其是涉及用于燃料电池的制取氢气的催化剂及其应用。
背景技术
燃料电池将可再生的化学能转化为电能，不但节约能源，而且对环境友好，具有良好的发展前景。燃料电池按照采用的电解质类型可以分为碱性燃料电池(AFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)等。这些燃料电池大多选择对环境无危害、环保性高的清洁能源作为燃料，例如氢燃料。因此，氢燃料的制备也越来越受重视。
目前工业制氢多采用蒸汽甲烷转化和煤炭气化等方法，相比之下，电催化水分解制氢具有高法拉第效率、高持续性等特点，有着广泛的关注度。在电催化水解制氢工艺中，寻找高效的析氢催化剂是核心任务之一。但当前的制氢催化剂的活性较低，同时与电解液接触面积较少，催化剂的使用率也难以满足实际应用需求。因此，有必要提供一种催化活性高、使用率高的电解水制氢用催化剂。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种用于燃料电池的制取氢气的催化剂及其应用。
本申请的第一方面，提供一种用于燃料电池的制取氢气的催化剂，该催化剂包括海胆状的铜钴合金。
根据本申请实施例的催化剂，至少具有如下有益效果：
本申请实施例提供一种具有海胆形貌的催化剂，这种海胆形貌赋予催化剂更高的比表面积，用于催化反应进行时与电解液的接触面积更大，催化剂的利用率有了明显提高。同时配合其铜钴两种元素的合金形式，催化剂对于析氢反应的催化活性得到显著改善。
在本申请的一些实施方式中，铜钴合金中铜和钴的质量比为(1～8)：1，例如可以是1：1、2：1、3：1、4：1、5：1、6：1、7：1、8：1。在其中一些实施方式中，铜钴合金中铜和钴的质量比为(2～6)：1，(2～4)：1，(2.5～3.5)：1。
在本申请的一些实施方式中，铜钴合金的粒径大小D50为1～10μm，例如可以是1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm。
本申请的第二方面，提供一种催化剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：取铜盐、钴盐与有机溶剂混合，保护气氛条件下升温反应，即得催化剂。
本申请实施例以铜和钴的盐为原料，采用湿化学法合成了海胆状的二元CuCo合金催化剂，有效地提高了催化性能。
在本申请的一些实施方式中，铜盐和钴盐的质量比为(1～8)：1，(2～6)：1，(2～4)：1，(2.5～3.5)：1。
在本申请的一些实施方式中，铜盐和钴盐的质量比为(15～30)：(5～10)。
在本申请的一些实施方式中，铜盐包括铜的无机盐和有机盐中的至少一种。
在本申请的一些实施方式中，钴盐包括钴的无机盐和有机盐中的至少一种。
在本申请的一些实施方式中，铜盐包括硝酸铜、氯化铜、硫酸铜、醋酸铜中的至少一种。
在本申请的一些实施方式中，钴盐包括硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、醋酸钴中的至少一种。
在本申请的一些实施方式中，升温反应的温度为250～400℃，280～350℃，290～320℃。
在本申请的一些实施方式中，升温反应的处理时间为2～4h。
在本申请的一些实施方式中，升温反应结束后冷却至室温，收集催化剂。
在本申请的一些实施方式中，升温反应结束后冷却至室温，离心分离出催化剂，收集。
在本申请的一些实施方式中，收集催化剂后还包括溶剂洗涤。
在本申请的一些实施方式中，洗涤用的溶剂为醇溶液，例如可以是乙醇。在其中一些实施方式中，采用乙醇和乙烷的混合溶液洗涤。在其中一些实施方式中，混合溶液中，乙烷(液态)和乙醇的体积比为(0.3～0.8)：1。
在本申请的一些实施方式中，收集催化剂后有机溶剂洗涤的次数为2～4次，在其中一些实施方式中，洗涤次数为3次。
在本申请的一些实施方式中，与铜盐、钴盐反应用的有机溶剂包括油胺。
在本申请的一些实施方式中，与铜盐、钴盐反应用的有机溶剂预先经过脱气处理。
在本申请的一些实施方式中，与铜盐、钴盐反应用的有机溶剂预先在80～150℃下预先经脱气处理10～60min。
在本申请的一些实施方式中，保护气氛所使用的保护气体为氮气、氦气、氩气中的至少一种。
在本申请的一些实施方式中，催化剂的制备方法包括以下步骤：
先将用于与铜盐、钴盐反应用的有机溶剂进行脱气处理，再将铜、钴在脱气后的有机溶剂中混合，保护气体吹扫并封闭反应容器，磁力搅拌使混合物分散均匀。随后250～400℃升温处理并保温2～4h，冷却至室温后，收集、洗涤，得到催化剂。
本申请的第三方面，提供一种制取氢气的方法，该方法包括：
提供包含阴极、阳极和电解质的电解池，阴极上负载有前述的催化剂或按照前述的制备方法制得的催化剂；
向电解池施加电压进行电解，使阴极的表面发生还原反应产生氢气。
在本申请的一些实施方式中，电解质包括碱性电解质。
在本申请的一些实施方式中，电解质为固态电解质或液态电解液。
在本申请的一些实施方式中，碱性电解质为包含氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、尿素中至少一种碱或碱性物质的电解质。
在本申请的一些实施方式中，碱性电解质为碱性电解液，为包含氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、尿素中至少一种碱或碱性物质的电解液。
在本申请的一些实施方式中，还包括阳极上发生氧化反应生成氧气。
本申请的第四方面，提供一种氢气生成装置，该氢气生成装置包括前述的催化或按照前述的制备方法制得的催化剂。
在本申请的一些实施方式中，氢气生成装置包括电解池，电解池中包括前述的催化或按照前述的制备方法制得的催化剂。
在本申请的一些实施方式中，电解池包括阴极、阳极和电解质。在其中一些实施方式中，阴极上负载有前述的催化或按照前述的制备方法制得的催化剂。
在本申请的一些实施方式中，电解质包括碱性电解质。
在本申请的一些实施方式中，电解质为固态电解质或液态电解液。
在本申请的一些实施方式中，碱性电解质为包含氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、尿素中至少一种碱或碱性物质的电解质。
在本申请的一些实施方式中，碱性电解质为碱性电解液，为包含氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、尿素中至少一种碱或碱性物质的电解液。
在本申请的一些实施方式中，电解池包括阴极、阳极、阴极电解质和阳极电解质，电解池设有阴极隔间和阳极隔间，阴极和阴极电解质位于阴极隔间内，阳极和阳极电解质位于阳极隔间内。在其中一些实施方式中，阴极上负载有前述的催化或按照前述的制备方法制得的催化剂。
在本申请的一些实施方式中，阴极电解质包括碱性电解质。
在本申请的一些实施方式中，阴极电解质为固态电解质或液态电解液。
在本申请的一些实施方式中，碱性电解质为包含氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、尿素中至少一种碱或碱性物质的电解质。
在本申请的一些实施方式中，碱性电解质为碱性电解液，为包含氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、尿素中至少一种碱或碱性物质的电解液。
本申请的第五方面，提供一种燃料电池，该燃料电池包括前述的氢气生成装置。
在本申请的一些实施方式中，燃料电池包括：
电池模块；
气体供给模块，气体供给模块包括用于向电池模块供给氢气的氢气生成装置。
本申请的第六方面，提供一种新能源载具，该新能源载具包括前述的氢气生成装置，或包括前述的燃料电池。
在本申请的一些实施方式中，新能源载具包括但不限于电动车辆、船舶、航天航空器，例如可以是纯电动车、混合动力电动车、插电式混合动力电动车、电动自行车、电动踏板车、电动高尔夫球车、电动卡车等。
在本申请实施例的方案中，通过湿化学法，制备出一种海胆状形貌的CuCo合金催化剂，合成方式更加简单便捷。同时，这种海胆状形貌的CuCo合金催化剂能够提高与溶液接触面积，从而提高催化析氢性能。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
图1是本申请的实施例1中制备得到的CuCo合金的电镜图。
图2是本申请的实施例1中电催化析氢反应的线性扫描伏安曲线结果。
图3是本申请的实施例2中电催化析氢反应的线性扫描伏安曲线结果。
图4是本申请的实施例3中电催化析氢反应的线性扫描伏安曲线结果。
图5是本申请的实施例4中电催化析氢反应的线性扫描伏安曲线结果。
图6是本申请的实施例5中电催化析氢反应的线性扫描伏安曲线结果。
具体实施方式
以下将结合实施例对本申请的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本申请的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本申请的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本申请保护的范围。
下面详细描述本申请的实施例，描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数，约的含义是指在本数±20％、10％、8％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.2％、0.1％等的范围内。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
实施例1
本实施例提供一种铜钴催化剂，其制备过程如下：
(1)将压力瓶中的油胺在100℃下脱气30分钟，再将15mg Cu(NO3)2、5mg Co(NO3)2加入到脱气后的油胺中混合，使用氩气流吹扫压力瓶并迅速封闭。
(2)在室温下进行磁力搅拌直至Cu(NO3)2和Co(NO3)2在油胺中均匀分散。随后，将压力瓶从室温加温至250℃，并在油浴中保持2～4h，然后自然冷却至室温。
(3)步骤(2)中的反应产物离心后收集沉淀，并用乙烷和乙醇的混合物洗涤3次，得到CuCo合金。随后将其重新分散在乙烷中供进一步使用。
该实施例制备得到的CuCo合金的微观结构如图1所示，从图中可以看出，该CuCo合金为海胆状，其包括内核和覆盖在内核表面向外延伸的一维针状纳米晶体。这种海胆结构相比于现有的催化剂材料的比表面积更大。在催化反应进行时，该催化剂与电解液的接触面积大大提高，催化剂的使用率得到明显的增强。
实施例2
本实施例提供一种铜钴催化剂，其制备过程如下：
(1)将压力瓶中的油胺在100℃下脱气30分钟，再将17mg Cu(NO3)2、6mg Co(NO3)2加入到脱气后的油胺中混合，使用氩气流吹扫压力瓶并迅速封闭。
(2)在室温下进行磁力搅拌直至Cu(NO3)2和Co(NO3)2在油胺中均匀分散。随后，将压力瓶从室温加温至270℃，并在油浴中保持2～4h，然后自然冷却至室温。
(3)步骤(2)中的反应产物离心后收集沉淀，并用乙烷和乙醇的混合物洗涤3次，得到CuCo合金。随后将其重新分散在乙烷中供进一步使用。
实施例3
本实施例提供一种铜钴催化剂，其制备过程如下：
(1)将压力瓶中的油胺在100℃下脱气30分钟，再将20mg Cu(NO3)2、7mg Co(NO3)2加入到脱气后的油胺中混合，使用氩气流吹扫压力瓶并迅速封闭。
(2)在室温下进行磁力搅拌直至Cu(NO3)2和Co(NO3)2在油胺中均匀分散。随后，将压力瓶从室温加温至300℃，并在油浴中保持2～4h，然后自然冷却至室温。
(3)步骤(2)中的反应产物离心后收集沉淀，并用乙烷和乙醇的混合物洗涤3次，得到CuCo合金。随后将其重新分散在乙烷中以供进一步使用。
实施例4
本实施例提供一种铜钴催化剂，其制备过程如下：
(1)将压力瓶中的油胺在100℃下脱气30分钟，再将25mg Cu(NO3)2、8mg Co(NO3)2加入到脱气后的油胺中混合，使用氩气流吹扫压力瓶并迅速封闭。
(2)在室温下进行磁力搅拌直至Cu(NO3)2和Co(NO3)2在油胺中均匀分散。随后，将压力瓶从室温加温至350℃，并在油浴中保持2～4h，然后自然冷却至室温。
(3)步骤(2)中的反应产物离心后收集沉淀，并用乙烷和乙醇的混合物洗涤3次，最终产品重新分散在乙烷中以供进一步使用。
实施例5
本实施例提供一种铜钴催化剂，其制备过程如下：
(1)将压力瓶中的油胺在100℃下脱气30分钟，再将30mg Cu(NO3)2、10mg Co(NO3)2加入到脱气后的油胺中混合，使用氩气流吹扫压力瓶并迅速封闭。
(2)在室温下进行磁力搅拌直至Cu(NO3)2和Co(NO3)2在油胺中均匀分散。随后，将压力瓶从室温加温至400℃，并在油浴中保持2～4h，然后自然冷却至室温。
(3)步骤(2)中的反应产物离心后收集沉淀，并用乙烷和乙醇的混合物洗涤3次，最终产品重新分散在乙烷中以供进一步使用。
电化学性能测试
以1M KOH溶液作为电解液(水浴恒温45℃)，使用辰华CHI-760E电化学工作站，采用三电极体系对催化剂进行性能测试，工作电极采用实施例1～5制备的催化剂，对电极为石墨棒电极，参比电极为氧化汞电极。其中，为了保证测试环境的稳定性，析氢性能测试前预先对1M KOH溶液持续通入N2大约30min确保为氮气饱和溶液。
实施例1～实施例5的线性扫描伏安曲线分别如图2～6所示。根据图2～6以及商业铂炭电极的检测结果，比较其在10mA·cm-2的析氢电流密度下的过电势，如表1所示。
表1：商业催化剂与制备催化剂析氢性能数据对比
从表1中结果可以看出，实施例制得的海胆状CuCo合金催化剂具有较高的催化活性，析氢过电势较低。而在实施例1～5中，又以实施例3的过电势最低。
上面结合实施例对本申请作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
Claims (10)
1.用于燃料电池的制取氢气的催化剂，其特征在于，所述催化剂包括海胆状的铜钴合金。
2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述铜钴合金中铜和钴的质量比为(1～8)：1。
3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述铜钴合金的粒径大小D50为1～10μm。
4.权利要求1至3任一项所述的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取铜盐、钴盐与有机溶剂混合，保护气氛条件下升温反应，即得所述催化剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述升温反应的温度为250～400℃；和/或，所述升温反应的处理时间为2～4h。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括油胺。
7.制取氢气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供包含阴极、阳极和电解质的电解池，所述阴极上负载有权利要求1至3任一项所述的催化剂或按照权利要求4至6任一项所述的制备方法制得的催化剂；
向所述电解池施加电压进行电解，使所述阴极的表面发生还原反应产生氢气。
8.氢气生成装置，其特征在于，包括权利要求1至3任一项所述的催化剂或按照权利要求4至6任一项所述的制备方法制得的催化剂。
9.燃料电池，其特征在于，包括权利要求8所述的氢气生成装置。
10.新能源载具，其特征在于，包括权利要求8所述的氢气生成装置，或包括权利要求9所述的燃料电池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310781059.8A CN116892035A (zh) | 2023-06-28 | 2023-06-28 | 用于燃料电池的制取氢气的催化剂及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310781059.8A CN116892035A (zh) | 2023-06-28 | 2023-06-28 | 用于燃料电池的制取氢气的催化剂及其应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116892035A true CN116892035A (zh) | 2023-10-17 |
Family
ID=88314282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310781059.8A Pending CN116892035A (zh) | 2023-06-28 | 2023-06-28 | 用于燃料电池的制取氢气的催化剂及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116892035A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008142514A1 (en) * | 2007-05-18 | 2008-11-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Alkaline fuel cell electrode catalyst, alkaline fuel cell, manufacture method for alkaline fuel cell electrode catalyst, and manufacture method for alkaline fuel cell |
| CN105664965A (zh) * | 2015-07-06 | 2016-06-15 | 吉林大学 | 一种Cu-Ir合金多面体纳米笼的制备方法 |
| CN115632133A (zh) * | 2022-10-28 | 2023-01-20 | 深圳深科鹏沃科技有限公司 | 用于燃料电池氢燃料的钴/氧化钴催化剂及其制备方法 |
| CN115799546A (zh) * | 2022-11-30 | 2023-03-14 | 广东电网有限责任公司 | 钴掺杂铂铁镍铜合金析氢催化剂及制备方法和氢燃料电池 |
| CN115846647A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-03-28 | 深圳市氢蓝时代动力科技有限公司 | 用于燃料电池的制取氢气的催化剂及其应用 |
| CN116230961A (zh) * | 2023-05-10 | 2023-06-06 | 上海韵量新能源科技有限公司 | 一种燃料电池合金催化剂及其制备方法和应用 |
-
2023
- 2023-06-28 CN CN202310781059.8A patent/CN116892035A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008142514A1 (en) * | 2007-05-18 | 2008-11-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Alkaline fuel cell electrode catalyst, alkaline fuel cell, manufacture method for alkaline fuel cell electrode catalyst, and manufacture method for alkaline fuel cell |
| CN105664965A (zh) * | 2015-07-06 | 2016-06-15 | 吉林大学 | 一种Cu-Ir合金多面体纳米笼的制备方法 |
| CN115632133A (zh) * | 2022-10-28 | 2023-01-20 | 深圳深科鹏沃科技有限公司 | 用于燃料电池氢燃料的钴/氧化钴催化剂及其制备方法 |
| CN115799546A (zh) * | 2022-11-30 | 2023-03-14 | 广东电网有限责任公司 | 钴掺杂铂铁镍铜合金析氢催化剂及制备方法和氢燃料电池 |
| CN115846647A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-03-28 | 深圳市氢蓝时代动力科技有限公司 | 用于燃料电池的制取氢气的催化剂及其应用 |
| CN116230961A (zh) * | 2023-05-10 | 2023-06-06 | 上海韵量新能源科技有限公司 | 一种燃料电池合金催化剂及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| SAYED TAYYAB RAZA NAQVI等: "Development of nitrogen doped carbon dots modified CuCo alloy nanoparticles for potential electrocatalytic water splitting", 《JOURNAL OF MOLECULAR LIQUIDS》, 8 April 2020 (2020-04-08), pages 1 - 9 * |
| 陶艳琪;肖佩荣;王琪;: "油胺对乙醇脱氢硅酸铜催化剂性能的影响", 现代化工, vol. 40, no. 09, 30 September 2020 (2020-09-30), pages 176 - 179 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108816258B (zh) | 一种原位掺杂中空磷化钴纳米微粒的中空碳材料、制备方法及其在催化电解水产氢中的应用 | |
| CN110752380A (zh) | 一种ZIF-8衍生的中空Fe/Cu-N-C型氧还原催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN105107536A (zh) | 一种多面体形磷化钴电解水制氢催化剂的制备方法 | |
| CN111790448B (zh) | 一种电催化剂ZIF-9(III)/Co LDH纳米片复合材料及其制备方法 | |
| CN109837559B (zh) | 一种水热辅助的羟基氧化铁-镍铁水滑石一体化电极的制备方法 | |
| CN111111707A (zh) | 一种硒掺杂镍铁尖晶石/羟基氧化镍复合电催化剂材料及其制备方法与应用 | |
| CN112501640B (zh) | 一种将硝酸盐废水转化为氨的电池系统 | |
| CN110518257A (zh) | 一种碳载过渡金属@Pt核壳结构催化剂的制备方法 | |
| CN113943949B (zh) | 一种铂边缘修饰镍基纳米材料及其制备方法和应用 | |
| CN111883785B (zh) | 一种Co-N共掺杂鼓状多孔碳催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN111957336A (zh) | 一种ZIF-8衍生的Fe-N-C氧还原电催化剂的制备方法 | |
| CN112593250A (zh) | 一种中空球状磷化镍负载多孔碳电解水析氢催化剂及制法 | |
| CN115846647A (zh) | 用于燃料电池的制取氢气的催化剂及其应用 | |
| CN113512738A (zh) | 三元铁镍钼基复合材料电解水催化剂、其制备方法和应用 | |
| CN109786773B (zh) | 一种PtPdCu三元合金催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN116799229A (zh) | 一种高熵合金催化剂的制备方法、高熵合金催化剂及应用 | |
| CN115094440B (zh) | 钴/四氧化三铁/碳纳米管/c多孔微球制氢催化剂的制备方法 | |
| CN110661007A (zh) | 一种燃料电池用石墨烯负载型PtCu催化剂的合成方法 | |
| CN116892035A (zh) | 用于燃料电池的制取氢气的催化剂及其应用 | |
| Xu et al. | Self-supportive Pd0. 2Ni58Fe30O11. 8 nanowires for solar-driven self-powered water/seawater splitting with large current density | |
| CN113368878B (zh) | 一种MnCoP催化剂、制备和应用 | |
| CN108306023A (zh) | 一种BN/CuAg/CNT复合材料及其制备方法和用途 | |
| CN115064717A (zh) | 一种锌空气电池正极用orr-oer催化剂及其制备方法 | |
| CN103904337A (zh) | 纸-石墨-CoPd薄膜电极的制备方法 | |
| CN114959784A (zh) | 一种硫化镍/硫化铁纳米催化材料及其制备方法与应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |