[发明专利]一种Ag/C催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种Ag/C催化剂及其制备方法，其中制备方法为：在室温下，使用AgNO₃溶液浸渍纳米碳粉，边搅拌边滴加碱金属卤盐溶液，过滤后得到AgX/C前驱体，X为卤素，AgX/C前驱体分散在有机溶剂中配成浆液，通过电化学还原后得到Ag/C。依据上述的制备方法，由于电化学还原过程中会产生呈棒状结构的银，银颗粒上具有较高密度的缺陷位，这些缺陷位的存在大大提高了催化剂的催化活性。同时，电化学还原在室温下进行，反应较易控制，条件温和，适宜大批量制备。

技术领域

本发明涉及及燃料电池催化剂领域，具体涉及一种Ag/C催化剂及其制备方法。

背景技术

燃料电池作为一种能量转化效率高、无噪音、无污染的发电技术，是理想的能源利用方式。随着燃料电池技术不断成熟，燃料电池的商业化应用存在着广阔的发展前景。银作为燃料电池阴极氧还原反应（ORR）催化剂具有原料成本低，储量丰富，导电性好、寿命长等优势。在碱性电解质中，银催化剂具有较高的催化活性，尤其是对过氧化氢分解作用较强，是碱性阴离子交换膜燃料电池用阴极电催化剂的一个重要的发展方向。然而采用普通方法制备的银基催化剂在碱性条件下同铂金催化剂还有较大的差距。根据吸附火山型理论，多项催化反应的必要步骤是至少一种反应分布在表面上吸附，要使反应易于进行，要求化学吸附不宜太强，也不能太弱。太强不利于吸附粒子在表面迁移，接触和反应，太弱则会在反应之前脱附流失。因为银在火山型左侧，属于弱吸附金属，但是活化之后有较大的表面能，吸附力增强，从而使吸附氧气能力增强。表现出整体更小的氧还原反应的能垒，可以有效提升氧还原活性。对于银基催化剂而言，其活性较低主要源于银催化剂对氧的吸附能力较弱。

为了提高催化剂的性能，研究人员对Ag/C催化剂制备方法开展广泛研究，各种不同方法制备的Ag/C被用来提高碱性阴离子交换膜燃料电池阴极氧还原的性能。这些方法包括硝酸银溶液浸渍法、氧化银还原法、微乳液法以及溶剂化金属原子浸渍法等。然而通常条件下制备的银催化剂的过程中，银的结晶过程都是在接近平衡条件下进行，暴露出的表面也通常为低能表面。降低颗粒尺寸可以提高表面原子的暴露比例，降低表面银原子的配位数，改善其催化性能。然而小颗粒的Ag/C催化剂极易发生团聚从而使粒径增大，比表面积下降，从而在一定程度上影响Ag/C催化剂的电催化活性。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供一种Ag/C催化剂及其制备方法，该制备方法步骤简单，条件温和，并有利于提高Ag/C催化剂的电催化活性。

根据第一方面，一种实施例中提供一种Ag/C催化剂的制备方法，在室温下，使用AgNO₃溶液浸渍纳米碳粉，边搅拌边滴加碱金属卤盐溶液，过滤后得到AgX/C前驱体，X为卤素，AgX/C前驱体分散在有机溶剂中配成浆液，通过电化学还原后得到Ag/C。

进一步地，电化学还原的方法为脉冲方波法，循坏伏安法，恒电位法或恒电流法。

进一步地，在恒电位法中，恒电位设为-0.3~-0.8v。

进一步地，在电化学还原中使用三电极体系，AgX/C前驱体涂于工作电极，铂片为对电极，汞/氧化汞电极为参比电极。

进一步地，在电化学还原中，使用浓度为0.1M的NaOH溶液作为电解液。

在其中一种实施例中，该制备方法的具体步骤包括：

浸渍：称量定量的AgNO₃溶液浸渍纳米碳粉，边磁力搅拌边保持一定速度滴加定量的碱金属卤盐溶液，抽滤干燥后得到AgX/C前驱体，X为卤素；

负载：在室温条件下，将AgX/C前驱体研磨至粉末，称取定量粉末分散在乙醇中进行稀释，超声后得到分散均匀的浆液，将所述浆液中的AgX/C前驱体负载于玻碳电极表面，烘干；

电化学还原：通过电化学工作站对玻碳电极表面的AgX/C前驱体进行电化学还原，得到呈棒状银结构的Ag/C。