[发明专利]一种多孔石墨烯/镍碲复合催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米复合材料领域，公开了一种多孔石墨烯/镍碲复合催化剂及其制备方法和应用。本发明采用表面化学沉积法将多孔石墨烯和镍碲催化剂进行复合。其中，镍碲颗粒在多孔石墨烯表面负载沉积，同时进入多孔石墨烯的多孔结构中，所获得的复合催化剂结合了两者的优点，既有镍碲催化剂的良好电化学活性，又有多孔石墨烯赋予的优异电学性能与化学稳定性等性能。基于协同增强机理，复合催化剂具有比单独催化剂更优越的性能。当复合催化剂用于质子交换膜燃料电池阴极催化剂时，新型燃料电池表现出高功率密度和良好耐久性的优点，使用安全性能良好且生产成本低，在实际应用中具有广阔的前景。

技术领域

本发明属于纳米复合材料领域，特别涉及一种多孔石墨烯/镍碲复合催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有装置简单、操作温度低和产物无污染等优点，因而在不同类型的燃料电池中受到了广泛的关注。在PEMFC的结构研究和应用中，膜电极组催化层的催化剂占据了非常关键的地位。特别地，对于阴极催化剂来说，其氧化还原反应动力学缓慢，导致催化剂效率低以及催化剂用量高于阳极，从而引起电池整体转换效率低(Millington B,Whipple V,Pollet B G.A novel method for preparing protonexchange membrane fuel cell electrodes by the ultrasonic-spray technique[J].Journal of Power Sources,2011,196(20):8500-8508.)。因此，为了提高PEMFC的电池效率，阴极催化剂的研究显得十分重要。

一般而言，阴极催化剂包括铂金属、铂基合金和非铂基材料。铂金属成本昂贵、长期稳定性差和动力学过程缓慢，铂基合金在使用过程中常出现老化并部分或全部失活现象，上述缺陷限制了这两类催化剂的进一步发展。针对这些问题，非铂基材料的出现成为了有效的解决方法之一。在众多非铂基材料中，镍基、钌基和钴基等硫族金属催化剂表现出较为卓越的电池性能，其具有较高的氧化还原反应活性、较低成本等优点，使其成为最有可能取代铂基金属的一类催化剂(Othman R,Dicks A L,Zhu Z.Non precious metalcatalysts for the PEM fuel cell cathode[J].International Journal of HydrogenEnergy,2012,37(1):357-372.)。