[发明专利]一种用于碱性介质的氢氧化反应催化剂及其合成方法

说明书

本发明涉及一种用于碱性介质中氢气氧化反应的负载型纳米金属催化剂及其合成方法，所述催化剂为钌镍双金属催化剂。本发明采取油胺与甲苯作为溶剂，对二甲氨基苯甲醛为还原剂，分别制得一系列Ru:Ni投料比为1:9到9:1范围内的纳米颗粒。将这些纳米颗粒负载在活性碳上，制备出相应的碳负载双金属纳米催化剂，进而研究其作为氢气氧化电催化剂的性能，发现上述催化剂在碱性膜燃料电池中获得非常好的催化活性。

技术领域

本发明涉及氢氧化反应电催化剂制备技术领域，尤其涉及一种用于碱性介质中阳极氢氧化反应的双金属催化剂及其制备方法。

背景技术

目前，由于传统化石能源的过度使用，使得地球环境遭受了前所未有的污染，为了满足人类能源需求的同时能够保护环境，掀起了各个国家对于新能源研究的热潮，比如太阳能、风能、地热能以及潮汐能等，氢能是诸多新能源中的一种，由于其热值大，能量高且对环境无污染而备受人们的关注。目前氢能源在氢燃料电池方面的研究开展的最多，氢燃料电池的是一种以氢气为燃料，氧气或空气为氧化剂，将化学能转化为电能的一种装置，主要涉及氢氧化反应(HOR)和氧还原反应(ORR)。质子交换膜燃料电池是当前车载燃料电池的主流，然而，用于当前质子交换膜燃料电池电极反应所用的催化剂大都是Pt基催化剂，但由于Pt的价格比较昂贵，使得燃料电池的成本居高不下，因此开发非Pt催化剂是十分必要的。

近年来，碱性膜燃料电池由于其温和的反应条件使得阴极催化剂的需求出现多样化，比如Ag基材料，Fe/N/C，MoCo氧化物等。但是Pt、Ir、Rh等贵金属在阳极反应动力学相较质子交换膜燃料电池慢约100倍，使得其阳极反应需要大量的催化剂才能得到较质子交换膜燃料电池相同的性能。目前，由于非贵金属的催化性能和稳定性有待提高，因此对于研究低载量且具有较高的催化性能和稳定性的贵金属催化剂是有积极意义的。Ru相比Pt、Ir等贵金属具有较低的价格，同时也具有较高的催化性能，因此开展Ru基纳米材料在燃料电池的应用具有现实意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供了一种用于碱性介质中氢氧化反应的复合催化剂及其制备方法，解决目前Pt基催化剂价格昂贵以及活性较低的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于碱性介质中氢气氧化反应的双金属催化剂，在双金属纳米颗粒相比传统意义的核壳结构具有较大的创新，最终得到的纳米颗粒为Ni核，壳层为NiO与Ru共存，其内部的Ni原子可以调节Ru原子对氢的吸附能力，且表面的NiO提供一个OH-的吸附位点，这种独特的纳米颗粒结构，使得催化剂的氢气氧化性能得到极大的提高。

本发明提供了一种用于碱性介质中氢气氧化反应的负载型纳米金属催化剂，所述催化剂包括钌镍双金属纳米颗粒，最终得到的纳米颗粒为Ni核，壳层为NiO与Ru共存。

在一些实施例中，所述的催化剂中，Ru:Ni摩尔比为1:9～9:1，优选为1:9、2:8、3:9、4:6、5:5、6:4、7:3、8:2、9:1，最优选为7:3。

在一些实施例中，所述催化剂中钌元素所占的质量比为16％～94％，镍元素所占的质量比为6％～84％。

在一些实施例中，所述的双金属纳米颗粒的粒径范围为10～30nm，优选为20～30nm。

在一些实施例中，所述的双金属催化剂包括载体材料和分布于所述载体材料表面的钌镍双金属催化剂。

在一些实施例中，所述的载体材料为活性炭、石墨烯或碳纳米管。

本发明提供了一种用于碱性介质中氢气氧化反应的负载型纳米金属催化剂的合成方法，包括以下步骤：

将钌源和镍源溶解到油胺与甲苯中，形成第一前驱体溶液；

将还原剂加入第一前驱体中，形成均匀的第一反应溶液；