[发明专利]一种BN/Cu/CNT复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种BN/Cu/CNT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BN/Cu/CNT复合材料中Cu颗粒均匀附着在BN片层之间及片层表面，CNT对Cu和BN起固定作用。本发明的BN/Cu/CNT复合材料具有高效的电催化氧还原性能，具有非常好的电化学稳定性。其制备方法整体反应条件温和，不采用有机溶剂，安全环保，后处理简单，流程短，能耗少；原料价廉易得，总体成本明显降低。

技术领域

本发明属于电催化材料技术领域，具体涉及一种BN/Cu/CNT复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

改革开放后随着中国经济快速的增长、社会生产力的快速发展、科学技术的进步以及产业结构的调整，中国也在快速地进行城市化，但在这个过程中，能源消耗和环境恶化已经成为了不能回避的问题。2014年我国电源组成结构里，煤电占比73％、水电占比14.6％、核电占比2.4％、气电占比2.3％、风力发电占比1.97％、太阳能发电占比1.3％、海浪发电占比1.1％、燃油电站占比0.8％、地热发电，生物质发电等占比2.5％。可以看出，在过去相当长一段时间内，我国发电主要依靠的是火力发电，但因火力发电煤炭直接燃烧排放的SO₂、NO_X等酸性气体不断增长，使中国很多地区酸雨量增加。燃料电池作为一种清洁、高效、可连续大功率放电的装置，受到了人们广泛关注，并认为其在未来发展中有非常好的发展前景。燃料电池可以将化学能直接转化成电能，有很高的发电效率，同时也不受卡诺循环的限制，能量转化率高达40％～60％；几乎没有NO、NO₂以及SO₂的排放，因此二氧化碳的排放量要比一般正常的发电要少40％左右。燃料电池的这些独特的优点使它被人们公认为是21世纪首选的无污染、效率高的发电技术。它的出现和以后的发展，将会在交通运输业、商业用电、电子产品等方面产生深远的影响。氧还原反应(ORR)已成为燃料电池能源技术中最重要的反应之一，以够获得更大的能量密度为发展目标。目前，铂(Pt)或铂合金通常被认为是ORR最有效的催化剂。然而，这些材料的耐久性和可靠性问题(如交叉和中毒效应)，以及它们的高成本，限制了它们的大规模商业应用。因此，寻找具有优良性能替代铂催化剂的廉价催化剂对于燃料电池的大规模商业应用至关重要。

六方氮化硼外观白色松散状、质地柔软有光滑感，与石墨的性质相似，为片状结构，故有“白色石墨”之称。六方氮化硼具有良好的电绝缘性、导热性、耐化学腐蚀性和润滑性。氮化硼可广泛地应用于石油、化工、机械、电子、电力、纺织、核工业、航天及其他工业部门。目前，少有关于氮化硼-金属-碳纳米管复合材料的合成及其在燃料电池中的应用研究，鲜见相关电化学性能测试的报道。

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BN/Cu/CNT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BN/Cu/CNT复合材料，所述BN/Cu/CNT复合材料中Cu颗粒均匀附着在BN片层之间及片层表面，CNT对Cu和BN起固定作用。

本发明的BN/Cu/CNT复合材料，金属铜均匀的附着在BN(氮化硼)的片层表面及片层之间，而复合材料中的CNT(碳纳米管)可以将铜颗粒与BN进一步固定，形成笼状结构，同时碳纳米管还提高了材料的导电性能。

优选地，BN、Cu与CNT的摩尔比为1：2：1。

本发明还提供了一种制备上述所述BN/Cu/CNT复合材料的方法，所述方法中采用BN、铜盐、CNT为原料，乙二醇为分散剂、浓氨水为络合剂，硼氢化钠为还原剂，进行制备BN/Cu/CNT复合材料。