[发明专利]一种用于制备燃料电池用氢的阵列催化剂及制备方法

说明书

本发明提供了一种用于制备燃料电池用氢的阵列催化剂及制备方法。以304不锈钢板作为阳极，以高氯酸和乙二醇丁醚作为电解液，在不锈钢板表面生成纳米管状阵列，取出不锈钢板后退火处理，形成空心纳米线，最后在纳米线表层包覆一层金属钴，即得用于制备燃料电池用氢的阵列催化剂。该方法通过大量金属空心纤维阵列排布的协同作用，可以有效增强纳米线表面电场，对于催化剂的整体电场具有增强作用，从而有效降低了催化起始电位，所得催化剂制备工艺简单，基底电极材料成本较低，适宜于大规模生产。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及催化剂的制备，特别是涉及一种用于制备燃料电池用氢的阵列催化剂及制备方法。

背景技术

氢气广泛用于工业过程中，如石油、化工、冶金、医药、航天等，其中用量最大的石油化工工业。在氢气的化工用途中，合成氨与石油炼制所占的比例较大。随着社会对环境质量的日益重视，柴油汽油中允许的硫化物、芳烃化合物的含量逐步降低，这使氢气的需求量呈增长态势。氢作为一种清洁燃料，具有燃烧热值高、燃烧产物是水，不会对环境排放温室气体，因此是一种较理想的二次能源，氢能源的使用也会增加市场对氢气的需求。

近年来，低温燃料电池已成功地步入了商业化时代，氢作为优质的燃料电池能源，具有极好的应用前景。目前，氢气生产可以是由矿物燃料制备，也可以是电解水制氢。电解水制氢操作相对简单，技术相对成熟，制得的氢纯度高，而且制氢过程没有污染，是实现大规模生产氢重要手段。应用于电解水制氢的催化剂大多为过渡金属与碳球复合之后涂布于碳布表面，提高金属催化剂的性能和与碳布的结合能力具有十分重要的现实意义。

中国发明专利申请号201710887544.8公开了一种纳米金属单质及其氧化物修饰过渡金属硫化物阵列催化剂及其制备方法和应用，属于碱性电解池水分解领域。该催化剂先制备过渡金属氧化物阵列，将该过渡金属氧化物阵列通过化学气相沉积法制备过渡金属硫化物阵列，然后以上述过渡金属硫化物阵列和第二金属盐溶液分别为工作电极和电解液通过电沉积技术制备纳米金属单质修饰过渡金属硫化物阵列，放置在高温下使金属单质发生部分氧化得到最终产物。

中国发明专利申请号201610196544.9公开了一种高效多元过渡族金属磷化物析氢催化剂及制备方法，该催化剂为Co_xFe_yP，通过水热方法负载在碳布而成，其制备方法包括以下步骤：首先用水热方法制备前躯体，将一定量的Co(NO₃)₂·6H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O的混合物，加入到去离子水中形成均匀的混合溶液，然后放入反应釜加入碳布(CC)作为载体，均匀加入浓氨水，密封加热至110~120℃保温9~10h，取出碳布干燥，得到前躯体。将前躯体进行低温磷化，将NaH₂PO₂和所述前躯体分别放在管式炉的上流和下流，充入氮气或惰性气体，将管式炉加热至300~350℃保温2h以上，得到所述析氢催化剂。

中国发明专利申请号201510579195.4公开了一种用于电解水的铂钴合金结构催化材料，电解水催化材料是由催化活性物和载体组成，催化活性物为铂钴合金结构，载体为超细碳纤维，载体上催化活性物的负载量为2~20wt%。该发明为一种铂钴合金结构/超细碳纤维杂化材料，该杂化材料采用原位法制备铂钴合金。该发明为了在降低铂催化剂含量的同时提高其催化活性，载体选择了超细碳纤维。