[发明专利]一种泡沫镍支撑的多孔过渡金属钴电极及其制备方法和在硼氢化钠电催化氧化中的应用

说明书

本发明公开了一种泡沫镍支撑的多孔过渡金属钴电极及其制备方法和在硼氢化钠电催化氧化中的应用。采用电沉积及“去合金”过程制备多孔过渡金属钴作为高性能催化剂催化NaBH₄的电氧化反应。在电沉积过程中，过渡金属钴与SiO₂形成复合物，进而采用“去合金”过程将SiO₂去除，形成具有高比表面积的多孔钴，对NaBH₄电氧化具有优越的催化活性。本发明不使用贵金属材料，价格低廉，利于工业化应用；解决了NaBH₄电氧化催化剂成本高昂，过渡金属材料催化活性低的缺点。

技术领域

本发明涉及一种泡沫镍支撑的多孔过渡金属钴电极及其制备方法和在硼氢化钠电催化氧化中的应用，属于电催化氧化技术领域。

背景技术

直接硼氢化物燃料电池（Direct borohydride fuel cells，DBFC）是一种直接以硼氢化物作为燃料的燃料电池，其具有高的功率密度及电池电压，且清洁环保。作为DBFC的燃料，硼氢化钠（NaBH₄）具有高的储氢量（10.6 wt.%）和比容量（5668 A·h·kg^-1），理论上其完全电氧化可释放8个电子，参见下式：

NaBH₄的电氧化性能是决定DBFC性能的重要因素之一。催化其电氧化的催化剂主要有贵金属（如：Pt、Pd、Au等）、过渡金属（如：Ni、Co、Cu等）及储氢合金（如：AB₂型、AB₅型等）等。贵金属催化剂催化性能优越，但其储量有限，价格高昂，限制了其发展。过渡金属及储氢合金价格低廉，具有良好的发展前景，但是其催化活性较低。金属钴可有效地催化NaBH₄电氧化反应的进行（可参阅Dongming Zhang, Ke Ye, Kui Cheng, Dianxue Cao, JinlingYin, Yang Xu, Guiling Wang^*. High electrocatalytic activity of cobalt-multiwalled carbon nanotubes-cosmetic cotton nanostructures for sodiumborohydride electrooxidation[J]. International Journal of Hydrogen Energy.2014, 39: 9651-9657.及Dongming Zhang, Ke Ye, Jinling Yin, Kui Cheng, DianxueCao, Guiling Wang^*. Low-cost and binder-free, paper-based cobalt electrodefor sodium borohydride electro-oxidation[J]. New Journal of Chemistry. 2014,38: 5376-5381.），对其进行修饰或改性使其获得更加优越的电催化性能具有良好的市场应用前景。

电沉积法是一种制备电极材料的有效方法，其避免了电极材料制备过程中有机粘结剂的使用，保证了电极具有良好的导电性，且使催化剂能在电极表面牢固粘附，从而可保证电极在溶液中稳定的测试。“去合金”法可用于制备多孔电极材料，增加催化剂比表面积，进而提高电极催化性能，并减少催化剂用量，降低电极成本。

发明内容

本发明旨在提供一种泡沫镍支撑的多孔过渡金属钴电极及其制备方法和在硼氢化钠电催化氧化中的应用，以二氧化硅为模板，采用电沉积及“去合金”过程制备多孔过渡金属钴，作为催化NaBH₄的电氧化材料，用以提高过渡金属的催化性能，克服了有机粘结剂造成的电极导电性差及测试过程中结构不稳定的问题。

本发明的实质是采用电沉积及“去合金”过程制备多孔过渡金属钴作为高性能催化剂催化NaBH₄的电氧化反应。

本发明提供了一种泡沫镍支撑的多孔过渡金属钴电极的制备方法，包括以下步骤：