一种过渡金属硫化物氧气还原催化剂表示为MSx，其中M=Zn、Ni、Co、Fe、Cu或Mn，1.0≤x≤2.0。本发明专利技术具有高效、低成本、稳定性好、易于工业化生产的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。
技术介绍
新能源开发和环境保护是国民经济可持续性发展所面临的重大挑战。燃料电池和金属-空气电池发电过程不涉及氢氧燃烧，因而不受卡诺循环的限制，能量转换率高；发电时不产生污染，发电单元模块化，可靠性高，工作时无噪音，组装和维修方便，被认为是未来汽车动力和其它交通工具最有希望的化学电源，受到人们广泛关注。其中，燃料电池和金属-空气电池阴极上发生的氧气还原反应因为涉及多电子转移过程，动力学速度很慢，成为制约整个电池充放电的瓶颈。目前为了提高阴极上氧气还原反应的效率，一般使用Pt/c催化剂。但是地球上Pt储量稀少，价格昂贵，严重制约了燃料电池以及金属-空气电池的商品化使用。因此，开发可替代Pt的新型催化剂，提高催化剂对氧气还原的催化活性和抗CO中毒能力，降低催化剂价格，是燃料电池和金属-空气电池研宄的重点和热点。目前已有一些氧气还原催化剂专利的报道。北京大学的王晓娟等(申请号:201310452053)报道了一种大批量合成氧气还原反应电催化剂的方法，将过渡金属盐和含氮配体按照一定摩尔比混合，使用球磨法干磨上述混合物，干磨后在无氧条件下高温煅烧得到氧气还原催化剂。华东理工大学的叶建山(公开号:CN 101745426A)公开了含氮大环化合物修饰碳纳米材料的复合氧还原电催化剂及其制备方法。该催化剂具有良好的催化活性和稳定性。北京化工大学常州先进材料研宄院银凤翔等(公开号:CN 103035930A)公开了一种具钙钛矿晶型结构的氧气还原催化剂(具体为Baa 9Co0.7Fe0.2Nb0.1Q3、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.803、Pr。.ASra6Coa2Fea7NbQ.1Q3或者 Ba ο.5§γ0.5Co0.8Fe0.203)，该催化剂应用于钮空气电池，能有效降低电池成本。上述专利中有些需要使用含氮配体或含氮化合物，在合成催化剂的过程中，催化剂内氮的存在形式和含量很难控制，同时这类催化剂稳定性不高。此外，钙钛矿型催化剂虽然具有很好的稳定性，但是它们只能在中高温条件下使用，在低温下催化性能较差。本专利提出的过渡金属硫化物催化剂能克服上述专利中这些催化剂的缺点，不仅具有高的稳定性，而且在低温下具有高的催化活性，适合用于汽车用燃料电池或金属-空气电池。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高效、低成本、稳定性好、易于工业化生产的过渡金属硫化物氧气还原催化剂及其制备方法。本专利技术的过渡金属硫化物氧气还原催化剂表示为MSx (1.0彡X彡2.0)其中M =Zn、N1、Co、Fe、Cu 或 Mn。本专利技术通过阴离子交换获得金属硫化物MSx，由于在交换过程中涉及到共存的金属离子种类不同，反应温度和时间不同的原因，导致硫化程度不同，会有-1，-2价的硫共存。因此硫化物MSx中X值会在1.0-2.0数值中变化。本专利技术的具体实施步骤如下:(I)将可溶性M金属盐溶于水中搅拌均匀，得到0.4-10g/L金属盐溶液；(2)将络合试剂、添加剂依次加入M金属盐溶液中并搅拌均匀；(3)将上述溶液移到反应釜中，加热升温至90-150°C，反应2-5h，过滤收集固体，并用去离子水洗涤；(4)将洗涤后的固体分散在0.1-0.4mol/L硫化物溶液中，于70-90°C，反应8-12h，过滤洗涤得到催化剂粉体。如上所述的可溶性M金属盐为硝酸盐、卤化盐、乙酸盐中的一种；如上所述的络合试剂为氟化钠、氟化铵、氯化钠、氯化铵的一种；如上所述的添加剂为六次甲基四胺、尿素、聚乙二醇中的一种；如上所述的硫化物为硫化钾、硫化钠、硫化铵中的一种；本专利技术与现有技术相比具有如下优点:本专利技术提出了一种非贵金属的燃料电池催化剂的制备方法。该催化剂是通过水热法及阴离子交换得一种过渡金属硫化物。该硫化物粒子大小均一，分布均匀，表现出良好的氧气还原活性。该催化剂的制备简便、环保、安全；催化剂性能良好、稳定，易于工业化大规模生产；是一个有市场应用前景的催化剂。【具体实施方式】常温下，氧气还原催化剂一般在氧气饱和的KOH溶液中进行线性扫描测试，通过氧还原起始电位正负和极限电流密度大小来评价催化剂的催化还原氧气的活性高低。目前最好的Pt/c催化剂(含Pt为20% )还原氧气的起始电位为约-0.12V vs.Ag/AgCl，极限电流密度可达3.4mA/cm2。用本专利方法获得的催化剂还原氧气的起始电位为-0.16--0.1lV vs.Ag/AgCl，极限电流密度为3.0-3.6mA/cm2，表明该催化剂有很好的催化还原氧气的能力，有望代替商用Pt/C催化剂。下面结合实施例对本专利技术做详细描述，但是本专利技术不限于实施例。实施例11、称取2.5g氯化铁溶解于500ml水中，搅拌均匀得到溶液；2、称取0.5g氯化铵，1.3g尿素，依次加入到上述溶液中，搅拌均匀；3、将所得溶液移入水热反应釜中，加热至110°C，恒温反应4h ；4、将产物离心分离，用去离子水洗涤干净，再分散在0.lmol/L的Na2S溶液中，并移到反应釜中70°C反应8h，过滤洗涤得到催化剂粉体为FeSu;5、将5mg上述催化剂负载到玻碳电极上作为工作电极，以Ag/AgCl为参比电极，Pt为对电极，在O2饱和的IM KOH溶液中测试其电化学性能。电化学线性扫描测试表明，起始电位为-0.16V,极限电流密度为3.0mA/cm2。实施例21、称取1.2g乙酸钴溶解于500ml水中，搅拌均匀得到溶液；2、称取0.5氟化铵，1.5g六次甲基四铵，依次加入到上述溶液中，搅拌均匀；3、将所得溶液移入水热反应釜中，加热至130°C，恒温反应3h ；4、将产物离心分离，用去离子水洗涤干净，再分散在0.2mol/L的Na2S溶液中，并移到反应釜中80°C反应10h，过滤洗涤得到催化剂粉体为CoS2.。；5、将5mg上述催化剂负载到玻碳电极上作为工作电极，以Ag/AgCl为参比电极，Pt为对电极，在O2饱和的IM KOH溶液中测试其电化学性能。电化学线性扫描测试表明，起始电位为-0.13V,极限电流密度为3.4mA/cm2。实施例31、称取0.2g硝酸镍溶解于500ml水中，搅拌均匀得到溶液；当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种过渡金属硫化物氧气还原催化剂，其特征在于过渡金属硫化物氧气还原催化剂表示为MSx，其中M=Zn、Ni、Co、Fe、Cu或Mn，1.0≤x≤2.0。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭向云，童希立，郭聪秀，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：山西;14
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。