[发明专利]一种具有电催化氧还原性能的复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种具有电催化氧还原性能的复合材料及其制备方法和用途，属于电催化材料技术领域。所述复合材料中金属均匀附着在BN片层之间及片层表面，CNT对金属和BN起固定作用。本发明提供的一种具有电催化氧还原性能的复合材料，具有高效的电催化氧还原性能，且循环性能稳定。本发明的制备方法所采用的原料成本相对较低，整体反应条件温和，后处理简单，能耗少，成本较低。

技术领域

本发明属于电催化材料技术领域，尤其涉及一种具有电催化氧还原性能的复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

能源作为社会前进的动力及生产活动的基础，在人类生活中起着非常重要的作用，能源的开发和利用极大的推进了世界经济和人类社会的发展。随着现代生活对能源需求的增加，能源危机日益凸显，环境污染也日益严重。与传统能源相比，燃料电池的明显优势就是全程不产生有害气体，能够缓解大气污染现状，是我们一直寻找的一种绿色洁净能源。

燃料电池的阴极氧还原反应是制约燃料电池发展的一个重要因素。氧的电化学还原反应可逆性很低，即使在一些常用的催化活性较高的电催化剂(如Pt、Pd)上面，氧还原反应的交换电流密度也仅为10^-9～10^-10A/cm²，因此，氧还原反应总是伴随很高的过电位，导致电池的工作效率降低。研究新型阴极催化剂降低阴极过电位，提高燃料电池阴极催化剂还原活性是提高燃料电池性能的热点课题。目前针对氧还原反应的高效催化剂大部分是价格昂贵的稀有金属，限制了其大规模商业化应用。因此，研发成本低廉的高效催化剂替代贵重金属催化剂是顺应社会发展的迫切需要。近年来，尤其是最近两年，非贵金属类催化剂的研究不断取得突破性进展，此类催化剂被认为是燃料电池实现大规模商业化应用的希望。

目前，用于燃料电池的主要电催化剂是铂，其在燃料电池中有很好的氧还原活性和耐久性因而被广泛使用，但由于Pt表面容易与CO结合，CO会导致Pt中毒并失去其还原性，而且铂金属作为一种贵金属，贵重稀有，而且利用率极低，使得燃料电池成本高，很大程度上阻碍了燃料电池的推广和应用。随着电力生产的不断发展，越来越多的人努力将非贵金属引入到燃料电池的阴极催化剂领域。因此，众多科研工作者为解决这一难题正在努力找寻其他金属催化剂来替代Pt/C的使用。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有电催化氧还原性能的复合材料及其制备方法和用途，克服现有技术中存在的用于燃料电池的催化剂成本较高、易被CO毒化、电催化氧还原性能不稳定、应用受限制等缺陷。

为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的。

一种具有电催化氧还原性能的复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将CNT、BN加入到乙二醇中，超声分散处理；

(2)搅拌下向步骤(1)所得反应体系加入金属盐、尿素，继续搅拌；

(3)将步骤(2)中的反应体系静置后进行加热回流反应，反应结束后进行后处理获得复合材料；

其中，金属盐选自FeCl₃·6H₂O、CoCl₂·6H₂O、NiCl₂·6H₂O中的任一种或任两种。

其中，所述BN为通过一般商业手段获得的六方氮化硼，BN为片状结构，具有良好的电绝缘性、导热性、耐化学腐蚀性和润滑性。本发明中所采用的BN粒径为20～700nm。

所述CNT为通过一般商业手段获得的碳纳米管。优选地，所述CNT的粒径不低于200nm。

进一步地，CNT、金属盐、BN的摩尔比为1：2：1。