[发明专利]制备非贵金属氢燃料电池负极材料的方法

说明书

本发明公开了制备非贵金属氢燃料电池负极材料的方法。该方法包括：(1)将可溶性镍盐、氟化铵、尿素和水混合后进行水热反应，以便得到前驱体；(2)在氨气气氛下对所述前驱体进行高温氮化处理，以便得到所述负极材料，其中，所述水热反应的温度为100～135℃。该方法采用价格低廉、资源丰富且催化活性良好的非贵金属电极材料代替贵金属铂，不仅可以显著降低原料成本，还能促进氢燃料电池的大规模应用。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体而言，涉及制备非贵金属氢燃料电池负极材料的方法。

背景技术

燃料电池通过电化学反应将燃料的化学能转化为电能，是发展氢能经济的关键技术之一。氢燃料电池汽车具有高效、节能、环保等先进性能，也越来越受到人们的强烈关注。但是在真正实现商业化之前，氢燃料电池还必须解决价格昂贵的问题。由于氢燃料电池电极使用的是贵金属铂或铂基催化剂，因而导致其成本居高不下，越来越多的研究者开始对具有高活性和高稳定性的非贵金属催化剂进行研究，如金属氮碳催化剂、过渡金属硫化物、过渡金属氧化物、过渡金属碳化物和氮化物等。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题。为此，本发明的一个目的在于提出制备非贵金属氢燃料电池负极材料的方法，该方法采用价格低廉、资源丰富且催化活性良好的非贵金属电极材料代替贵金属铂，不仅可以显著降低原料成本，还能促进氢燃料电池的大规模应用。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种制备非贵金属氢燃料电池负极材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

(1)将可溶性镍盐、氟化铵、尿素和水混合后进行水热反应，以便得到前驱体；

(2)在氨气气氛下对所述前驱体进行高温氮化处理，以便得到所述负极材料，

其中，所述水热反应的温度为100～135℃。

本发明上述实施例的制备非贵金属氢燃料电池负极材料的方法是以镍的氢氧化物为前驱体，在氨气气氛下通过中高温煅烧合成氮化镍作为氢燃料电池的负极材料，其中，与现有技术相比，该方法的反应温度更低，不仅制备条件更为温和，且操作简单、重复性好，可大规模生产，具有很强的实用性，而且制备得到的氮化镍可以为催化氢氧化反应提供较多的活性位点，相比于现有的镍基材料具有更好的氢气氧化活性和电位稳定性，可以替代铂和铂基催化剂作为电极材料使用，为解决铂基催化剂的高成本和资源匮乏等制约氢燃料电池产业化发展的瓶颈问题提供了新思路。

另外，根据本发明上述实施例的制备非贵金属氢燃料电池负极材料的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述镍盐中的镍与所述氟化铵和所述尿素的摩尔比为1：(4～5)：(10～15)。

在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述六水合硝酸镍和水的摩尔体积比为1mmol：(10～60)mL。

在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述镍盐为选自六水合硝酸镍、硫酸镍和氯化镍中的至少一种。

在本发明的一些实施例中，步骤(1)进一步包括：对水热反应产物进行冷却、离心、洗涤和干燥。

在本发明的一些实施例中，采用乙醇和去离子水对离心产物交替洗涤2～4次，然后真空干燥12～24h。

在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，预先将所述镍盐、所述氟化铵、所述尿素和水的混合液于200～500r/min的转速下搅拌5～20min，再进行所述水热反应。

在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，所述氨气的流速为100～150mL/min，所述高温氮化处理的温度为300～400℃。