催化H制造技术

本发明专利技术提供的是一种催化H

【技术实现步骤摘要】
催化H2O2电氧化的碳修饰泡沫碳负载Ni催化剂的制备方法
本专利技术提供的是一种直接过氧化氢燃料电池阳极催化剂的制备方法。
技术介绍
燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化为电能的高效发电装置，由于其不受卡诺循环的限制，能源转化效率高达70％左右，且反应产物主要为水和二氧化碳(CO2)，对环境污染小，所以是一种高效的清洁能源。在发电、家用电源、交通运输、便捷式电源、备用电源等领域展现了广阔的应用前景。H2O2作为一种无碳的能量载体既可以作为燃料又可以做氧化剂。存储在H2O2中的化学能可以通过直接过氧化氢燃料电池转化为电能，产物是O2和H2O，整个过程为零碳排放和对环境无污染。因此，以H2O2为绿色无毒、可再生、存储运输方便(液态)、电化学活性高、不依赖于化石燃料的新型燃料的直接过氧化氢燃料电池成为了真正“绿色和零碳排放”发电装置，这对于新型清洁能源的发展具有非常重要的意义。H2O2呈弱酸性，且在碱性介质中不能长期稳定存在，会发生自分解反应。此外，H2O2电氧化反应产生氧气，大量的气泡会聚集在电极表面，覆盖催化剂的电化学活性位，从而阻碍催化反应的进一步进行，影响电解液的传质。由此可见，适用于碱性介质中H2O2电氧化反应的催化剂除了具备一般催化剂所要具备的基本条件外，还应具有特殊的3D电极结构。为此，需要探索高活性、高稳定性的催化过氧化氢电氧化的廉价三维催化电极。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高活性、高稳定性且廉价、具有独特三维立体网状结构的催化H2O2电氧化的碳修饰泡沫碳负载Ni催化剂的制备方法。本专利技术的目的是这样实现的：(1)称取1.0-2.5g草酸加入20-50mL糠醇溶液中，将0.1-0.2g聚氨酯泡沫浸渍在前述溶液中20-30min，得到聚氨酯泡沫复合物；(2)在100-150℃的恒温箱中聚合固化1-3h；(3)将固化后的泡沫复合物在600-900℃且氮气气氛保护下的管式炉中煅烧1h，最后在氮气保护下自然冷却至室温后得到泡沫碳；(4)称取50-100mg碳源溶于50mL乙醇溶液中，超声2-4h得到悬浊液；将处理好的泡沫碳浸入所述悬浊液中1-2min，取出后在60-100℃恒温箱里干燥20-30min，重复步骤(4)三至四次后，制得碳修饰泡沫碳电极；(5)配制电沉积Ni的电解质溶液浓度为0.4mol/LNH4Cl、0.5mol/LH3BO3和0.1mol/LNiCl2；(6)在三电极体系下对所述电解质溶液施加恒定的阴极电流-20mA，电沉积1800-3600s，得到碳修饰泡沫碳负载Ni催化电极。本专利技术还可以包括：所述碳源为碳纳米管，也可用活性炭、炭黑或碳纤维代替碳纳米管。本专利技术提供了一种将Ni电沉积于MWNTs修饰泡沫碳骨架上，制备稳定且廉价的新型三维网状结构的催化H2O2电氧化阳极催化剂。提高了H2O2电氧化的催化性能，克服了集流体在碱性溶液中不稳定，利用率低等缺点，解决了直接过氧化氢燃料电池阳极催化活性差的问题。本专利技术的优点在于泡沫碳是具有三维网状结构的多孔碳材料，我们利用其密度小、孔隙率高、耐高温、耐腐蚀、易加工等优点，在泡沫碳上修饰MWNTs使其具有高的导电性和大的比表面积；MWNTs修饰泡沫碳后的表面是不均匀且粗糙不平的，这些高度多孔的网络结构可以为催化剂镍的电沉积提供一个开放的三维骨架；此外，高的电子导电率和稳定性使得MWNTs修饰泡沫碳成为Ni催化剂理想的支撑结构和电极集流体，且无需使用粘结剂和导电剂，提高了催化活性和稳定性，解决了直接过氧化氢燃料电池阳极催化活性差的问题。附图说明图1是MWNTs修饰泡沫碳负载Ni催化电极制备流程图。图2a是泡沫碳基体的扫描电镜图；图2b是MWNTs修饰泡沫碳的扫描电镜图；图2c和图2d是电沉积Ni后不同放大倍率下的扫描电镜图。图3是MWNTs修饰泡沫碳负载Ni催化电极的EDX元素区域分析图。图4是泡沫碳(Carbonfoam)，MWNTs修饰泡沫碳(Carbonfoam@MWNTs)和MWNTs修饰泡沫碳负载Ni催化电极(Carbonfoam@MWNTs/Ni)的XRD图。图5是MWNTs修饰泡沫碳负载Ni催化电极在0.8mol/LH2O2溶液中不同KOH浓度下催化H2O2电氧化的循环伏安曲线图(扫速为50mV/s)。图6是MWNTs修饰泡沫碳负载Ni催化电极在4.0mol/LKOH溶液中不同H2O2浓度下催化H2O2电氧化的循环伏安曲线图(扫速为50mV/s)。具体实施方式为了更好的说明本专利技术工艺的效果，下面以具体实例加以说明：图1是MWNTs修饰泡沫碳负载Ni催化电极制备流程图，具体流程如下：(1)称取1.0g草酸加入20mL糠醇溶液中，将0.1g聚氨酯泡沫(10mm×10mm×2mm)浸渍上述溶液30min，得到聚氨酯泡沫复合物；(2)在保证碳源在聚氨酯泡沫中均匀分布的情况下适度挤压，然后在140℃的恒温箱中聚合固化1h；(3)将固化后的泡沫复合物在850℃且氮气(纯度：99.999％；流量：30mL/min)气氛保护下的管式炉中高温煅烧1h，最后在氮气保护下自然冷却至室温后得到泡沫碳；(4)称取50mg碳纳米管(MWNTs)溶于50mL乙醇溶液中，超声2h得到悬浊液，将处理好的泡沫碳浸入上述悬浊液1-2min，取出后在60℃恒温箱里干燥20min，重复上述步骤三至四次后，制得MWNTs修饰泡沫碳电极；(5)配制电沉积Ni的电解质溶液浓度为0.4mol/LNH4Cl、0.5mol/LH3BO3和0.1mol/LNiCl2；(6)在三电极体系下对上述电解质溶液施加恒定的阴极电流(-20mA)电沉积3600s，得到MWNTs修饰泡沫碳负载Ni(Carbonfoam@MWNTs/Ni)催化电极。对MWNTs修饰泡沫碳负载Ni催化电极(Carbonfoam@MWNTs/Ni)进行如下性能测试：1、以Carbonfoam@MWNTs/Ni为工作电极，石墨棒为辅助电极，饱和Ag/AgCl电极为参比电极组成三电极体系对H2O2电氧化的催化性能进行测试。在4.0mol/LKOH和0.2mol/LH2O2溶液中，0.6Vvs.Ag/AgCl电位下，催化H2O2电氧化的电流密度达到0.6A/cm2。2、以Carbonfoam@MWNTs/Ni为工作电极，石墨棒为辅助电极，饱和Ag/AgCl电极为参比电极组成三电极体系对H2O2电氧化的催化性能进行测试。在4.0mol/LKOH和0.4mol/LH2O2溶液中，0.6Vvs.Ag/AgCl电位下，催化H2O2电氧化的电流密度达到0.8A/cm2。3、以Carbonfoam@MWNTs/Ni为工作电极，石墨棒为辅助电极，饱和Ag/AgCl电极为参比电极组成三电极体系对H2O2电氧化的催化性能进行测试。在最佳浓度4.0mol/LKOH和0.8mol/LH2O2溶液中，0.6Vvs.Ag/AgCl电位下，催化H2O2电氧化的电流密度达到1.2A/cm2。图2a-图2d分别是泡沫碳基体(图2a)、MWNTs修饰泡沫碳(图2b)以及电沉积Ni后不同放大倍率下的扫描电镜图(图2c和图2d)。图2a是泡沫碳的SEM图。如图所示，泡沫碳呈多孔的三维网状结构，泡沫碳骨架上附着一些颗粒状的碳，造成电极表面的不均匀和凹凸不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化H

【技术特征摘要】
1.一种催化H2O2电氧化的碳修饰泡沫碳负载Ni催化剂的制备方法，其特征是：(1)称取1.0-2.5g草酸加入20-50mL糠醇溶液中，将0.1-0.2g聚氨酯泡沫浸渍在前述溶液中20-30min，得到聚氨酯泡沫复合物；(2)在100-150℃的恒温箱中聚合固化1-3h；(3)将固化后的泡沫复合物在600-900℃且氮气气氛保护下的管式炉中煅烧1h，最后在氮气保护下自然冷却至室温后得到泡沫碳；(4)称取50-100mg碳源溶于50mL乙醇溶液中，超声2-4h得到悬浊液；将处理好的泡沫碳浸入所述悬浊液中1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶克，马孝坤，曹殿学，王刚，程魁，王贵领，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23