CN117199403A - 一种自支撑催化电极及其制备方法、应用、燃料电池 - Google Patents
一种自支撑催化电极及其制备方法、应用、燃料电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117199403A CN117199403A CN202311466365.9A CN202311466365A CN117199403A CN 117199403 A CN117199403 A CN 117199403A CN 202311466365 A CN202311466365 A CN 202311466365A CN 117199403 A CN117199403 A CN 117199403A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- self
- electrode
- salt
- supporting catalytic
- ammonium
- 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
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims abstract description 56
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 23
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 16
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 15
- MEFBJEMVZONFCJ-UHFFFAOYSA-N molybdate Chemical compound [O-][Mo]([O-])(=O)=O MEFBJEMVZONFCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 13
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 11
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 150000001868 cobalt Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 150000002696 manganese Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 10
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical compound [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 claims description 6
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims description 6
- APUPEJJSWDHEBO-UHFFFAOYSA-P ammonium molybdate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-][Mo]([O-])(=O)=O APUPEJJSWDHEBO-UHFFFAOYSA-P 0.000 claims description 6
- 239000011609 ammonium molybdate Substances 0.000 claims description 6
- 235000018660 ammonium molybdate Nutrition 0.000 claims description 6
- 229940010552 ammonium molybdate Drugs 0.000 claims description 6
- 229940011182 cobalt acetate Drugs 0.000 claims description 5
- UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate Chemical compound [Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910001981 cobalt nitrate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910000361 cobalt sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229940044175 cobalt sulfate Drugs 0.000 claims description 5
- KTVIXTQDYHMGHF-UHFFFAOYSA-L cobalt(2+) sulfate Chemical compound [Co+2].[O-]S([O-])(=O)=O KTVIXTQDYHMGHF-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- MULYSYXKGICWJF-UHFFFAOYSA-L cobalt(2+);oxalate Chemical compound [Co+2].[O-]C(=O)C([O-])=O MULYSYXKGICWJF-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- QAHREYKOYSIQPH-UHFFFAOYSA-L cobalt(II) acetate Chemical compound [Co+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O QAHREYKOYSIQPH-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 229940071125 manganese acetate Drugs 0.000 claims description 5
- 229940099596 manganese sulfate Drugs 0.000 claims description 5
- 239000011702 manganese sulphate Substances 0.000 claims description 5
- 235000007079 manganese sulphate Nutrition 0.000 claims description 5
- UOGMEBQRZBEZQT-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);diacetate Chemical compound [Mn+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O UOGMEBQRZBEZQT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- MIVBAHRSNUNMPP-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);dinitrate Chemical compound [Mn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MIVBAHRSNUNMPP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- RGVLTEMOWXGQOS-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);oxalate Chemical compound [Mn+2].[O-]C(=O)C([O-])=O RGVLTEMOWXGQOS-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L manganese(II) sulfate Chemical compound [Mn+2].[O-]S([O-])(=O)=O SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 5-(5-carboxythiophen-2-yl)thiophene-2-carboxylic acid Chemical compound S1C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)S1 DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 4
- MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N acetic acid;nickel Chemical compound [Ni].CC(O)=O.CC(O)=O MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229940078494 nickel acetate Drugs 0.000 claims description 4
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L nickel sulfate Chemical compound [Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 229910000363 nickel(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011684 sodium molybdate Substances 0.000 claims description 4
- 235000015393 sodium molybdate Nutrition 0.000 claims description 4
- TVXXNOYZHKPKGW-UHFFFAOYSA-N sodium molybdate (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Mo]([O-])(=O)=O TVXXNOYZHKPKGW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 2-(3-bromo-2-fluorophenyl)acetic acid Chemical compound OC(=O)CC1=CC=CC(Br)=C1F PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000013 Ammonium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021380 Manganese Chloride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GLFNIEUTAYBVOC-UHFFFAOYSA-L Manganese chloride Chemical compound Cl[Mn]Cl GLFNIEUTAYBVOC-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000012538 ammonium bicarbonate Nutrition 0.000 claims description 3
- SWLVFNYSXGMGBS-UHFFFAOYSA-N ammonium bromide Chemical compound [NH4+].[Br-] SWLVFNYSXGMGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000012501 ammonium carbonate Nutrition 0.000 claims description 3
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N ammonium sulfate Chemical compound N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052921 ammonium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000011130 ammonium sulphate Nutrition 0.000 claims description 3
- GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L cobalt dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Co+2] GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 239000011565 manganese chloride Substances 0.000 claims description 3
- 235000002867 manganese chloride Nutrition 0.000 claims description 3
- 229940099607 manganese chloride Drugs 0.000 claims description 3
- DOLZKNFSRCEOFV-UHFFFAOYSA-L nickel(2+);oxalate Chemical compound [Ni+2].[O-]C(=O)C([O-])=O DOLZKNFSRCEOFV-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 3
- 235000007686 potassium Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- NLPVCCRZRNXTLT-UHFFFAOYSA-N dioxido(dioxo)molybdenum;nickel(2+) Chemical compound [Ni+2].[O-][Mo]([O-])(=O)=O NLPVCCRZRNXTLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000024 high-resolution transmission electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PDNNQADNLPRFPG-UHFFFAOYSA-N N.[O] Chemical compound N.[O] PDNNQADNLPRFPG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 239000003011 anion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
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
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
本发明属于电催化技术领域，公开了自支撑催化电极及其制备方法和应用。将泡沫镍放入含有镍盐、钼酸盐、铵盐的混合溶液中，进行水热反应，得到前驱体；以含有钴盐和锰盐的溶液作为电解液，以所述前驱体为工作电极，以铂电极为对电极，以Hg/HgO电极为参比电极，通过电化学沉积工艺制备得到自支撑催化电极。本发明提供的自支撑催化电极可以直接应用于电催化反应过程，应用于电催化氨氧化反应体系时，表现出杰出的催化活性。本发明另提供包括上述自支撑催化电极的氨氧燃料电池。
Description
技术领域
本发明属于电催化技术领域，具体涉及一种自支撑催化电极的制备方法和应用。
背景技术
氨氮污染是最难处理的污染种类之一。同时，氨具有较高的能量密度，体积能量密度约为13.6MJ L-1，分解产物只有氮气和水，不会产生CO2。室温下氨氧化反应动力学缓慢，氧化电位高。公开号为CN103367759A的专利文献提出了将光化学与废水处理结合应用于燃料电池领域。公开号为CN116477720A的专利文献利用太阳光与发电厂的废气构建一种具有一定工业化潜力的高效去除氨氮与有机污染物同时充电的方法，提供用于去除水中氨氮及有机物的连续流燃料电池模块。在消除氨氮污染同时回收能源的燃料电池中，制备高效的氨氧化催化阳极是目前急需突破的瓶颈。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种自支撑催化电极的制备方法。
本发明的第二目的是提供一种自支撑催化电极。
本发明的第三目的是提供上述自支撑催化电极在电催化氨氮分解反应中的应用。
本发明的第四目的是提供一种氨氧燃料电池。
为实现上述目的，本发明提供以下具体的技术方案。
首先，本发明提供一种自支撑催化电极的制备方法，包括以下步骤：
将泡沫镍放入含有镍盐、钼酸盐、铵盐的混合溶液中，进行水热反应，得到前驱体；
以含有钴盐和锰盐的溶液作为电解液，以所述前驱体为工作电极，以铂电极为对电极，以Hg/HgO电极为参比电极，通过电化学沉积工艺制备得到自支撑催化电极。
在进一步的优选方案中，所述混合溶液中镍盐、钼酸盐、铵盐的浓度分别为0.4~5mmol/L。
在进一步的优选方案中，所述镍盐为氯化镍、硝酸镍、硫酸镍、乙酸镍、草酸镍中的至少一种。
在进一步的优选方案中，所述钼酸盐为钼酸铵、钼酸钠、钼酸钾中的至少一种。
在进一步的优选方案中，所述铵盐为氯化铵、硫酸铵、硝酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、氟化铵、溴化铵中的至少一种。
在进一步的优选方案中，所述水热反应的温度为120℃-180℃，水热反应的时间为240min-480min。
在进一步的优选方案中，所述电解液中钴盐、锰盐的浓度分别为0.1~1mol/L。
在进一步的优选方案中，所述钴盐为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴、乙酸钴、草酸钴中的至少一种。
在进一步的优选方案中，所述锰盐为氯化锰、硝酸锰、硫酸锰、乙酸锰、草酸锰中的至少一种。
在进一步的优选方案中，所述电化学沉积的电流密度为5~50mA cm-2。
在进一步的优选方案中，所述电化学沉积的时间为50~600s。
基于同样的发明构思，本发明提供上述制备方法制备得到的自支撑催化电极。
此外，本发明提供上述自支撑催化电极在电催化氨氮分解反应中的应用。
具体来说，以自支撑催化电极为工作电极，采用Hg/HgO电极为参比电极，以玻碳电极为对电极，构成三电极体系，直接用于电催化氨氮分解反应。
本发明也提供一种氨氧燃料电池，包括上述自支撑催化电极。
本发明具有以下明显的有益效果：
不同于其他固体粉末类电催化剂，本发明提供的自支撑催化电极可以直接应用于电催化反应过程，应用于电催化氨氧化反应体系时，表现出杰出的催化活性。
本发明制备的自支撑催化电极的制备过程简单、活性高、稳定性高，不需要添加分散液和粘结剂，避免了粘结剂带来的活性位点屏蔽，传质电阻增大以及电子转移缓慢等问题，有利于实现工业化的大规模应用。
附图说明
图1为实施例1得到的自支撑催化电极SEM图。
图2为实施例1得到的自支撑催化电极的HRTEM图。
图3为实施例1-4得到的自支撑催化电极直接用于电催化氨分解反应的LSV图。
图4为实施例1-4得到的自支撑催化电极组装的燃料电池的最大功率密度图。
具体实施方式
首先，本发明提供一种自支撑催化电极的制备方法，包括以下步骤：
将泡沫镍放入含有镍盐、钼酸盐、铵盐的混合溶液中，进行水热反应，得到NiMoO4前驱体；
以含有钴盐和锰盐的溶液作为电解液，以所述前驱体为工作电极，以铂电极为对电极，以Hg/HgO电极为参比电极，通过电化学沉积工艺制备得到自支撑MnCo(OH)2/NiMoO4催化电极。
以泡沫镍作为基底，以铵盐为控制剂，镍盐和钼酸盐在水热反应过程中反应生成钼酸镍前驱体。以泡沫镍为基底，更有利于钼酸镍的生长。
在电化学沉积过程中，主要发生以下反应：
2H2O+2e-→2OH-+H2
Co2++2OH-→Co(OH)2
Mn2++2OH-→Mn(OH)2
在本发明的具体实施方式中，所述混合溶液中镍盐、钼酸盐、铵盐的浓度分别为0.4~5.0mmol/L，可以选择0.4mmol/L、0.8mmol/L、1.0mmol/L、2.0mmol/L、3.0mmol/L、4.0mmol/L、5.0mmol/L等。
在本发明的具体实施方式中，所述镍盐为氯化镍、硝酸镍、硫酸镍、乙酸镍、草酸镍中的至少一种。
在本发明的具体实施方式中，所述钼酸盐为钼酸铵、钼酸钠、钼酸钾中的至少一种。
在本发明的具体实施方式中，所述铵盐为氯化铵、硫酸铵、硝酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、氟化铵、溴化铵中的至少一种。
在本发明的具体实施方式中，为便于测试，采用1cm×3cm规格的泡沫镍。
在本发明的具体实施方式中，所述水热反应的温度为120℃-180℃，例如可以为120℃、150℃、180℃等；所述水热反应的时间为240min-480min，具体可以选择240min、300min、360min、420min、480min等。
在本发明的具体实施方式中，所述电解液中钴盐、锰盐的浓度分别为0.1~1 mol/L，具体可以选择0.1mol/L、0.4mol/L、0.6mol/L、0.8mol/L、1.0mol/L等。
在本发明的具体实施方式中，所述钴盐为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴、乙酸钴、草酸钴中的至少一种。
在本发明的具体实施方式中，所述锰盐为氯化锰、硝酸锰、硫酸锰、乙酸锰、草酸锰中的至少一种。
在本发明的具体实施方式中，所述电化学沉积的电流密度为5~50 mA cm-2，具体可以选择为5mA cm-2、10mA cm-2、20mA cm-2、30mA cm-2、40mA cm-2、50mA cm-2等。
在本发明的具体实施方式中，所述电化学沉积的时间为50~600 s，可以进一步选择为50s、100s、200s、300s、500s、600s等。
本发明也提供上述制备方法制备得到的自支撑催化电极。
此外，本发明提供上述自支撑催化电极在电催化氨氮分解反应中的应用。
具体来说，以自支撑催化电极为工作电极，Hg/HgO电极为参比电极，玻碳电极为对电极，构成三电极体系，直接用于电催化氨氮分解反应。
本发明也提供一种氨氧燃料电池，包括上述自支撑催化电极。
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1
将规格为1cm×3cm的泡沫镍放入含有浓度为3.0mmol/L的硝酸镍、浓度为4.0mmol/L的钼酸铵、浓度为1.0mmol的氟化铵的混合溶液中，在150℃进行水热反应，反应480min后得到前驱体；
以含有硝酸钴和硝酸锰的溶液作为电解液，电解液中硝酸钴的浓度为0.2mol/L、硝酸锰的浓度为0.8mol/L，以所述前驱体为工作电极，以铂电极为对电极，以Hg/HgO电极为参比电极，通过电化学沉积工艺制备得到自支撑催化电极，电化学沉积过程中，电流密度为20mA cm-2，电化学沉积时间为200s。
图1为实施例1得到的自支撑催化电极SEM图，从图中可以看出，自支撑电极表面呈现出疏松球状结构，该结构有利于更多活性位点的暴露，实现优异催化性能。
图2为实施例1得到的自支撑催化电极的HRTEM图，从图中可以看出，Mn(OH)2（1 02）、Co(OH)2（1 0 1）、NiMoO4（1 1 1）的晶格条纹参差交错，说明自支撑MnCo(OH)2/NiMoO4电极成功合成。
实施例2
将规格为1cm×3cm的泡沫镍放入含有浓度为0.4mmol/L的硫酸镍、浓度为1.0mmol/L的钼酸铵、浓度为0.8mmol的氯化铵的混合溶液中，在120℃进行水热反应，反应300min后得到前驱体；
以含有硫酸钴和硫酸锰的溶液作为电解液，电解液中硫酸钴的浓度为0.6 mol/L、硫酸锰的浓度为1.0 mol/L，以所述前驱体为工作电极，以铂电极为对电极，以Hg/HgO电极为参比电极，通过电化学沉积工艺制备得到自支撑催化电极，电化学沉积过程中，电流密度为15 mA cm-2，电化学沉积时间为300s。
实施例3
将规格为1cm×3cm的泡沫镍放入含有浓度为0.8mmol/L的乙酸镍、浓度为1.0mmol/L的钼酸钠、浓度为2.0mmol的氯化铵的混合溶液中，在180℃进行水热反应，反应240min后得到前驱体；
以含有乙酸钴和乙酸锰的溶液作为电解液，电解液中乙酸钴的浓度为0.1mol/L、乙酸锰的浓度为0.5mol/L，以所述前驱体为工作电极，以铂电极为对电极，以Hg/HgO电极为参比电极，通过电化学沉积工艺制备得到自支撑催化电极，电化学沉积过程中，电流密度为5mA cm-2，电化学沉积时间为600s。
实施例4
将规格为1cm×3cm的泡沫镍放入含有浓度为4mmol/L的氯化镍、浓度为2.0mmol/L的钼酸铵、浓度为5mmol的氯化铵的混合溶液中，在150℃进行水热反应，反应300min后得到前驱体；
以草酸锰和草酸钴的溶液作为电解液，电解液中草酸钴的浓度为0.2mol/L、草酸锰的浓度为1.0mol/L，以所述前驱体为工作电极，以铂电极为对电极，以Hg/HgO电极为参比电极，通过电化学沉积工艺制备得到自支撑催化电极，电化学沉积过程中，电流密度为50mAcm-2，电化学沉积时间为100s。
分别以实施例1-4得到的自支撑催化电极为工作电极，Hg/HgO电极为参比电极，玻碳电极为对电极，构成三电极体系，直接用于电催化氨分解反应。底液为0.1mol/L的氯化氨与1mol/L的氢氧化钾的混合溶液。LSV图如图3所示，从图中可以看出，实施例1-4得到的自支撑催化电极对氨的分解具有良好的催化性能。
进一步地，分别将实施例1-4得到的自支撑催化电极通过以下方式组装成燃料电池，以对应自支撑MnCo(OH)2/NiMoO4电极为阳极，Pt/C修饰的碳纸为阴极，阴离子交换膜作为隔膜，0.1mol/L的氯化氨与1mol/L的氢氧化钾的混合溶液、氧气为燃料组成双隔室电池，测试氨氧燃料电池的产电性能。结果如图4所示。从图中可以看出，实施例1-4组装成的燃料电池的最大功率密度可以达到2.2 mW/cm2，展现出良好的应用前景。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种自支撑催化电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将泡沫镍放入含有镍盐、钼酸盐、铵盐的混合溶液中，进行水热反应，得到前驱体；
以含有钴盐和锰盐的溶液作为电解液，以所述前驱体为工作电极，以铂电极为对电极，以Hg/HgO电极为参比电极，通过电化学沉积工艺制备得到自支撑催化电极。
2.如权利要求1所述的自支撑催化电极的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中镍盐、钼酸盐、铵盐的浓度分别为0.4~5mmol/L。
3.如权利要求1或2所述的自支撑催化电极的制备方法，其特征在于，所述镍盐为氯化镍、硝酸镍、硫酸镍、乙酸镍、草酸镍中的至少一种；所述钼酸盐为钼酸铵、钼酸钠、钼酸钾中的至少一种；所述铵盐为氯化铵、硫酸铵、硝酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、氟化铵、溴化铵中的至少一种。
4.如权利要求1所述的自支撑催化电极的制备方法，其特征在于，所述水热反应的条件至少包括：水热反应的温度为120℃-180℃，水热反应的时间为240min-480min。
5.如权利要求1所述的自支撑催化电极的制备方法，其特征在于，所述电解液中钴盐、锰盐的浓度分别为0.1~1mol/L。
6.如权利要求5所述的自支撑催化电极的制备方法，其特征在于，所述钴盐为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴、乙酸钴、草酸钴中的至少一种；所述锰盐为氯化锰、硝酸锰、硫酸锰、乙酸锰、草酸锰中的至少一种。
7.如权利要求1所述的自支撑催化电极的制备方法，其特征在于，所述电化学沉积的条件至少包括：电化学沉积的电流密度为5~50mA cm-2；所述电化学沉积的时间为50~600s。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的自支撑催化电极。
9.如权利要求8所述的自支撑催化电极在电催化氨氮分解反应中的应用。
10.一种氨氧燃料电池，其特征在于，包括权利要求8所述的自支撑催化电极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311466365.9A CN117199403A (zh) | 2023-11-07 | 2023-11-07 | 一种自支撑催化电极及其制备方法、应用、燃料电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311466365.9A CN117199403A (zh) | 2023-11-07 | 2023-11-07 | 一种自支撑催化电极及其制备方法、应用、燃料电池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117199403A true CN117199403A (zh) | 2023-12-08 |
Family
ID=88998313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311466365.9A Pending CN117199403A (zh) | 2023-11-07 | 2023-11-07 | 一种自支撑催化电极及其制备方法、应用、燃料电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117199403A (zh) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010094667A (ja) * | 2008-09-17 | 2010-04-30 | Nippon Shokubai Co Ltd | アンモニア分解触媒およびその製造方法、ならびに、アンモニア処理方法 |
| US20110176988A1 (en) * | 2008-09-17 | 2011-07-21 | Junji Okamura | Ammonia decomposition catalysts and their production processes, as well as ammonia treatment method |
| KR20150128132A (ko) * | 2014-05-08 | 2015-11-18 | 한국과학기술원 | 암모니아 연료 전지 |
| CN107611453A (zh) * | 2017-08-22 | 2018-01-19 | 哈尔滨工程大学 | 用于直接尿素燃料电池的泡沫镍负载NiMoO4@C微米棒阵列阳极的制备方法 |
| CN109148160A (zh) * | 2018-08-06 | 2019-01-04 | 安徽师范大学 | 一种核壳结构锰钴氧化物@镍钴氧化物复合材料及其制备方法和应用 |
| US11183343B1 (en) * | 2020-08-15 | 2021-11-23 | United Arab Emirates University | Composite material for supercapacitor electrodes |
| CN113707895A (zh) * | 2021-08-26 | 2021-11-26 | 浙江大学 | 具有丰富界面活性位点的异质结构催化剂的制备方法和应用 |
| CN114351165A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-04-15 | 青岛科技大学 | 三维核壳结构双功能电解海水催化剂的制备方法和应用 |
| CN115627495A (zh) * | 2022-09-29 | 2023-01-20 | 武汉工程大学 | 一种铈掺杂的钼酸镍二元电催化材料及其制备方法、应用 |
| CN116062722A (zh) * | 2023-02-24 | 2023-05-05 | 海卓动力(北京)能源科技有限公司 | 一种催化剂及其制备方法和应用 |
| CN116876019A (zh) * | 2023-06-02 | 2023-10-13 | 安徽理工大学 | 一种用于电解氨制氢的高效双功能电催化剂及其制备方法 |
-
2023
- 2023-11-07 CN CN202311466365.9A patent/CN117199403A/zh active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010094667A (ja) * | 2008-09-17 | 2010-04-30 | Nippon Shokubai Co Ltd | アンモニア分解触媒およびその製造方法、ならびに、アンモニア処理方法 |
| US20110176988A1 (en) * | 2008-09-17 | 2011-07-21 | Junji Okamura | Ammonia decomposition catalysts and their production processes, as well as ammonia treatment method |
| CN102159314A (zh) * | 2008-09-17 | 2011-08-17 | 株式会社日本触媒 | 氨分解催化剂及其制备方法以及氨处理方法 |
| KR20150128132A (ko) * | 2014-05-08 | 2015-11-18 | 한국과학기술원 | 암모니아 연료 전지 |
| CN107611453A (zh) * | 2017-08-22 | 2018-01-19 | 哈尔滨工程大学 | 用于直接尿素燃料电池的泡沫镍负载NiMoO4@C微米棒阵列阳极的制备方法 |
| CN109148160A (zh) * | 2018-08-06 | 2019-01-04 | 安徽师范大学 | 一种核壳结构锰钴氧化物@镍钴氧化物复合材料及其制备方法和应用 |
| US11183343B1 (en) * | 2020-08-15 | 2021-11-23 | United Arab Emirates University | Composite material for supercapacitor electrodes |
| CN113707895A (zh) * | 2021-08-26 | 2021-11-26 | 浙江大学 | 具有丰富界面活性位点的异质结构催化剂的制备方法和应用 |
| CN114351165A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-04-15 | 青岛科技大学 | 三维核壳结构双功能电解海水催化剂的制备方法和应用 |
| CN115627495A (zh) * | 2022-09-29 | 2023-01-20 | 武汉工程大学 | 一种铈掺杂的钼酸镍二元电催化材料及其制备方法、应用 |
| CN116062722A (zh) * | 2023-02-24 | 2023-05-05 | 海卓动力(北京)能源科技有限公司 | 一种催化剂及其制备方法和应用 |
| CN116876019A (zh) * | 2023-06-02 | 2023-10-13 | 安徽理工大学 | 一种用于电解氨制氢的高效双功能电催化剂及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| CONG, YK等: "Interface Engineering of MOF-Derived NiMoO4@NiFeP Core-Shell Nanorods for Energy-Saving Hydrogen Evolution via Urea Electrolysis", 《INORGANIC CHEMISTRY》, vol. 62, no. 12, pages 4960 - 4970 * |
| 倪士栋等: "氨燃料固体氧化物燃料电池性能研究进展", 《精细化工》, pages 1 - 15 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Deng et al. | High-efficiency electrochemical nitrate reduction to ammonia on a Co3O4 nanoarray catalyst with cobalt vacancies | |
| US10854906B2 (en) | Redox flow battery with carbon dioxide based redox couple | |
| CN108923051A (zh) | 一种封装金属钴纳米颗粒的氮掺杂碳纳米管复合型催化剂及其应用 | |
| CN111001428B (zh) | 一种无金属碳基电催化剂及制备方法和应用 | |
| CN106025302A (zh) | 一种单胞厚度纳米多孔四氧化三钴纳米片阵列电催化材料 | |
| CN108315760A (zh) | 一种金属有机框架/泡沫镍电极材料及其制备方法和应用 | |
| CN110639566A (zh) | 一种全解水催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN111663152B (zh) | 一种泡沫镍负载无定型磷掺杂钼酸镍双功能电催化电极的制备方法及应用 | |
| CN109718822A (zh) | 一种制备金属-碳复合催化材料的方法及其应用 | |
| CN113926456A (zh) | 一种用于硝酸根还原为氨的NiFe-LDH催化剂的制备方法及应用 | |
| CN109852992A (zh) | 一种高效电催化全分解水纳米片阵列电极及其制备方法和应用 | |
| CN101785999B (zh) | 一种燃料电池用电催化剂Pt1Bi1金属间化合物的制备方法 | |
| CN107792884A (zh) | 一种空气电极催化剂材料纳米六边形ZnMnO3的制备方法及应用 | |
| CN111185177A (zh) | 一种用于全解水电催化的双功能Co2-xNixO2纳米材料的制备方法 | |
| CN111111721B (zh) | 一种硼掺杂碳壳包裹CoNi纳米粒子复合材料的制备及应用 | |
| CN113943949B (zh) | 一种铂边缘修饰镍基纳米材料及其制备方法和应用 | |
| CN110629248A (zh) | 一种Fe掺杂Ni(OH)2/Ni-BDC电催化剂的制备方法 | |
| CN112626559B (zh) | 一种具有多级结构的NiFe-PBAs-F催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN109994744B (zh) | 一种促进硼氢化钠直接氧化的镍钴二元催化剂 | |
| CN110560083A (zh) | 一种双金属多孔银铜网络结构氮还原催化剂及其制备方法 | |
| CN117199403A (zh) | 一种自支撑催化电极及其制备方法、应用、燃料电池 | |
| CN100356619C (zh) | 燃料电池碳载铂/稀土氧化物复合电催化剂的制备方法 | |
| CN108325546A (zh) | 一种双功能电化学催化剂 | |
| CN113437312A (zh) | 一种应用于锌空气电池的普鲁士蓝衍生物催化剂的制备 | |
| Liu et al. | Efficient Electrocatalytic Synthesis of Ammonia from Water and Air in a Membrane‐Free Cell: Confining the Iron Oxide Catalyst to the Cathode |
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 |