一种自支撑催化电极及其制备方法技术

本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
一种自支撑催化电极及其制备方法、应用、燃料电池


[0001]本专利技术属于电催化
，具体涉及一种自支撑催化电极的制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]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
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的第一目的是提供一种自支撑催化电极的制备方法
。
[0004]本专利技术的第二目的是提供一种自支撑催化电极
。
[0005]本专利技术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
。
[0006]本专利技术的第四目的是提供一种氨氧燃料电池
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供以下具体的技术方案
。
[0008]首先，本专利技术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
。
[0009]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。
[0010]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
。
[0011]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
。
[0012]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
。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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
。
[0016]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
。
[0017]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。
[0018]在进一步的优选方案中，所述电化学沉积的时间为
50~600s。
[0019]基于同样的专利技术构思，本专利技术提供上述制备方法制备得到的自支撑催化电极
。
[0020]此外，本专利技术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
。
[0021]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
。
[0022]本专利技术也提供一种氨氧燃料电池，包括上述自支撑催化电极
。
[0023]本专利技术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，本专利技术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
。
[0024]本专利技术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
[0025]图1为实施例1得到的自支撑催化电极
SEM
图
。
[0026]图2为实施例1得到的自支撑催化电极的
HRTEM
图
。
[0027]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
。
[0028]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
[0029]首先，本专利技术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
。
[0030]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
。
[0031]在电化学沉积过程中，主要发生以下反应：
2H2O+2e
‑
→
2OH
‑
+H2Co
2+
+2OH
‑
→
Co(OH)2Mn
2+
+2OH
‑
→
Mn(OH)2在本专利技术的具体实施方式中，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.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔阳波，程磊，张宝，徐宝和，邓鹏，吴斌，
申请(专利权)人：浙江帕瓦新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：