[发明专利]一种用于制备燃料电池用氢的硅纳米线催化剂及制备方法

说明书

本发明属于燃料电池的技术领域，提供了一种用于制备燃料电池用氢的硅纳米线催化剂及制备方法。该方法通过制备金属‑有机配体，并吸附于硅纳米线的表面，然后采用氢氟酸和双氧水进行刻蚀，制得贵金属复合硅纳米线催化剂。与传统方法相比，本发明的制备的贵金属复合硅纳米线催化剂，通过具有强力氢离子吸附性能的贵金属纳米颗粒吸附氢离子，转移至弱氢离子吸附性能的硅基表面进行析氢，用于电解水制氢时催化效率高，制氢效率好，可广泛用于电解水制氢领域。

技术领域

本发明属于燃料电池的技术领域，提供了一种用于制备燃料电池用氢的硅纳米线催化剂及制备方法。

背景技术

随着化石燃料的日趋枯竭和其带来的环境问题，人们迫切需要更有效的利用化石燃料及开发清洁、价廉的新能源。氢以其储量丰富、清洁、高效、便于运输、环境友好等特点在新能源开发中脱颖而出。氢气用于燃料电池，其化学能-电能转化比内燃机高3~4倍，因此欧、美、日等国家投入了大量的人力和财力开发高效燃料电池，并且将此种电源应用于汽车、宇宙飞船和航天飞机等各个领域。

制造氢气的原料目前主要是碳氢化合物（煤焦、轻油、天然气），甲醇、乙醇以其含氢量高、价廉、易储存、运输方便等优点在制氢研究中也受到广泛重视，近年来研究人员将目光投向了利用可再生资源制氢的研究，特别是利用水解制氢，具有工艺简单，无污染等优点，随着电解水工艺、设备的不断改进，电解水制氢的发展前景越来越受到重视。

在电解水制氢技术中，催化剂起着非常关键的作用，目前，电解水的主要催化剂为贵金属材料。贵金属材料的析氢电位较低，催化性能较好，在催化过程中，为了提高析氢效率，氢离子的吸附能和解吸能需要控制在一个平衡的位置，使贵金属催化剂的催化性能无法完全发挥。因此，对于贵金属材料基的复合材料提高其催化性能的研究具有十分重要的意义。

目前国内外在电解水制氢技术，尤其是电解水制氢贵金属催化剂方面已取得了一定成效。其中汪汉斌等人发明了一种复合光解水催化剂及其制备方法（中国发明专利申请号201510260324.3），此发明，通过在制备的Zn_xCd_1-xS半导体的材料上复合Pt基合金，获得了一种复合光解水产氢催化剂；该发明提供的制备方法能够实现半导体与金属的紧密结合，有利于提高半导体的催化制氢效率；得到的复合光解水产氢催化剂在可见光辐照下具有良好的光催化产氢效果，其光催化的稳定性高；另外利用Pt基合金来替代纯Pt作为助催化剂，在提高催化剂的产氢效率的同时又减少了贵金属用量，这对于太阳能制氢技术的开发与利用具有积极意义。另外，唐林等人发明了一种多壁碳纳米管基贵金属催化剂及其制备方法（中国发明专利申请号201711029571.8），该材料的化学组成CNT/Y/MOFs，其中Y为贵金属纳米颗粒，选自金、银、铂和钯中的一种；MOFs为Co-MOF-74；该发明还提供了所述多壁碳纳米管基贵金属催化剂的制备方法，所得的多壁碳纳米管基贵金属催化复合材料具有良好的热稳定性，同时催化剂中的金属有机骨架外壳内的孔道可促进反应物与贵金属纳米颗粒的充分接触，从而有利于提高催化反应的催化效率；该纳米复合材料在诸如汽车尾气处理、甲烷重整反应、污染物降解和光解水制氢等化学反应中有优异的应用前景。

可见，现有技术中的用于电解水制氢的贵金属催化剂存在析氢能力欠佳，应用催化性能无法完全发挥，催化活性和催化效率较低，制氢效果不理想等缺点。

发明内容

针对这种情况，我们提出一种用于制备燃料电池用氢的硅纳米线催化剂及制备方法，可有效提高催化剂的催化效率，制氢效果好。

为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：

一种用于制备燃料电池用氢的硅纳米线催化剂的制备方法，通过制备金属-有机配体，并吸附于硅纳米线的表面，然后采用氢氟酸和双氧水进行刻蚀，制得贵金属复合硅纳米线催化剂，制备的具体步骤如下：

（1）将无机金属盐化合物溶解于去离子水中，然后加入络合剂、絮凝剂，形成金属-有机配体的溶液体系；