石墨烯沾附塑料負(fù)載PdNi過(guò)氧化氫電還原催化劑的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供的是一種石墨烯沾附塑料負(fù)載PdNi過(guò)氧化氫電還原催化劑的制備方法。將耐堿性雙面膠帶的一面貼于塑料表面；將石墨烯按15-20mg·cm-2涂覆于雙面膠帶的另一面；采用6-10MPa壓力將石墨烯壓實(shí)；將沾附石墨烯的塑料置于每升含5gNiCl2和1gNH4Cl的水溶液中，先在1.0V電壓下活化下5min，進(jìn)而在-1V下進(jìn)行鎳的電沉積下保持1～1.5小時(shí)；將制備好的沾附石墨烯的塑料鎳基體置于含1mmol·mL-1的PdCl2溶液中3-5min。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是采用過(guò)氧化氫基燃料電池等的電池結(jié)構(gòu)，以石墨烯沾附塑料負(fù)載PdNi為催化劑，構(gòu)成燃料電池的陰極。解決了過(guò)氧化氫基燃料電池陰極活性差的問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】石墨烯沾附塑料負(fù)載PdNi過(guò)氧化氫電還原催化劑的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種過(guò)氧化氫電還原催化劑的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的燃料電池需要O2為氧化劑，但是由于體積能量密度低的原因，應(yīng)用范圍受到了限制。使用液體氧化劑被認(rèn)為是提高能量密度的有效途徑。美國(guó)國(guó)家航空航天局、美國(guó)伊利諾伊大學(xué)、英國(guó)海軍研究部以及防務(wù)科學(xué)和技術(shù)實(shí)驗(yàn)室等近年來(lái)開(kāi)始重點(diǎn)支持以H2O2為氧化劑的燃料電池的研究，這首先是因?yàn)镠2O2為液體，整個(gè)電池系統(tǒng)會(huì)顯得更加緊湊、方便和易于操作；其次，以H2O2為氧化劑的燃料電池的理論電壓和比能量高，可解決目前各類(lèi)電池能量密度低的問(wèn)題；第三，以H2O2為氧化劑的燃料電池可用做無(wú)氧條件下的電源。這些突出優(yōu)點(diǎn)可使以H2O2為氧化劑的燃料電池成為新一代空間電源、水下電源、無(wú)氧電源和下一代高能量密度的便攜和移動(dòng)電源。
[0003]通常，燃料電池的電極是由催化劑粉末混合聚合物粘結(jié)劑、導(dǎo)電碳混合攪拌形成糊狀，然后涂覆在金屬集流體上干燥得到。這種傳統(tǒng)的制作電極的方式由于引入聚合物粘結(jié)劑，導(dǎo)致有些催化劑不能很好的和電解液接觸，從而引起低的催化劑利用率以及低導(dǎo)電率等缺點(diǎn)。此外，由于H2O2直接電還原是在堿性條件下運(yùn)行的，金屬集流體可能與堿發(fā)生反應(yīng)，形成金屬氧化物層，導(dǎo)致導(dǎo)電性能下降，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)引起金屬集流體的溶解，甚至?xí)鹈撀?。從而影響電極的性能。金屬集流體還會(huì)催化H2O2分解，降低了 H2O2的利用率。H2O2直接電還原還存在H2O2電還原活性不高的問(wèn)題,直接電還原反應(yīng)如(I)式所示:
[0004]H02>H20+2e — 20Hads>0r (I)
[0005]可參閱 Kui Cheng, Fan Yang, Guiling Wang, Jinling Yin and Dianxue Ca0.Facile synthesis of porous(Co, Mn) 304nanowires free-standing on a Ni foam andtheir catalytic performance for H202electroreduct1n.Journal of MaterialsChemistry A, 2013, I, 1669-1676 ;曹殿學(xué),楊帆，郭芬，肖雪，劉冉，王貴領(lǐng)，無(wú)碳無(wú)粘結(jié)劑的全金屬三維多孔H2O2電氧化催化電極的制備方法[P].中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn):CN103346332A，2013-10-09以及聞鵬，田永梅，包彥彥，曹殿學(xué)，王貴領(lǐng).Laa6Sra4C0(U^t H2O2電還原的性能研究.電源技術(shù)，2013，37 (9): 1544-1545，1598。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種能提高過(guò)氧化氫電還原性能的石墨烯沾附塑料負(fù)載PdNi過(guò)氧化氫電還原催化劑的制備方法。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0008]將耐堿性雙面膠帶的一面貼于塑料表面；將石墨烯按15_20mg.cm_2涂覆于雙面膠帶的另一面；采用6-10MPa壓力將石墨烯壓實(shí)；將沾附石墨烯的塑料置于每升含5gNiCl2和IgNH4Cl的水溶液中，先在1.0V電壓下活化下5min，進(jìn)而在-1V下進(jìn)行鎳的電沉積下保持I~1.5小時(shí)；將制備好的沾附石墨烯的塑料鎳基體置于含Immol -πι1的PdCl2溶液中3-5min,即得到石墨烯沾附塑料負(fù)載PdNi催化劑。
[0009]所述塑料為聚乙烯塑料、聚苯乙烯塑料、聚丙烯塑料或聚酰胺塑料以及它們的衍生塑料。
[0010]本發(fā)明是一種將Ni電沉積于導(dǎo)電石墨烯表面，再以Pd置換部分Ni制備石墨烯沾附塑料負(fù)載PdNi催化劑，提高過(guò)氧化氫電還原性能的方法。本發(fā)明克服了集流體在堿性溶液中不穩(wěn)定，以及過(guò)氧化氫分解等缺點(diǎn)，解決了過(guò)氧化氫基燃料電池陰極活性差的問(wèn)題。
[0011]本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是采用過(guò)氧化氫基燃料電池等的電池結(jié)構(gòu)，以石墨烯沾附塑料負(fù)載PdNi為催化劑，構(gòu)成燃料電池的陰極。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用石墨烯沾附塑料負(fù)載PdNi催化劑作為過(guò)氧化氫直接電還原的催化劑，首先是在電場(chǎng)作用下，PdNi納米顆?？啥ㄎ挥谑娱g，與PdNi形成塑料-石墨烯-PdNi的交聯(lián)化合物，不僅比表面大，導(dǎo)電性好，而且PdNi納米顆粒不團(tuán)聚，提高了電催化活性。其次，石墨烯沾附塑料負(fù)載PdNi催化劑在堿性介質(zhì)中穩(wěn)定性強(qiáng)，不溶解，不催化分解過(guò)氧化氫，克服了金屬集流體在堿性溶液中不穩(wěn)定以及過(guò)氧化氫分解的弱點(diǎn)，提高了 H2O2的利用率。第三，不使用粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑，減小了歐姆電阻，解決了過(guò)氧化氫基燃料電池陰極活性差的問(wèn)題。第四，塑料較金屬柔性好，可隨電解液流動(dòng)變形，減小了電解液流動(dòng)的阻力。

【具體實(shí)施方式】
[0013]下面舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述。
[0014](I).取普通的塑料紙一張(廢舊的塑料方便面袋，塑料食品袋等均可)；(2).取耐堿性雙面膠帶，將一面貼于塑料袋表面；(3).將石墨烯按15-20mg.cm_2涂覆于雙面膠帶的另一面；(4).采用6-10MPa壓力將石墨烯壓實(shí)；(5).將沾附石墨烯的塑料置于每升含5gNiCl2和IgNH4Cl的水溶液中，先在1.0V電壓將電極活化下5min，進(jìn)而在-1V下進(jìn)行鎳的電沉積下保持I~1.5小時(shí)；(6).將制備好的沾附石墨烯的塑料鎳電極基體置于含Immol.mL—1的PdCl2溶液中3_5min,即得到石墨烯沾附塑料負(fù)載PdNi催化劑。
[0015]為了更好地說(shuō)明本發(fā)明工藝的效果，下面以具體實(shí)例加以說(shuō)明。
[0016]應(yīng)用實(shí)施例1
[0017]以石墨烯沾附塑料負(fù)載PdNi為工作電極，碳棒為對(duì)電極，以Ag/AgCl為參比電極，在2mol/L的NaOH和0.40mol/L的H2O2白勺溶液中，-0.4V vs.Ag/AgCl白勺電壓下，計(jì)時(shí)電流密度達(dá) 380mA/cm2。
[0018]應(yīng)用實(shí)施例2
[0019]利用石墨烯沾附塑料負(fù)載PdNi作為H2O2直接電還原的陰極，以3mol/L的KOH作為陰極電解液；Nafin-115質(zhì)子交換摸作為隔膜；以泡沫鎳上負(fù)載的納米Pt為陽(yáng)極，以3mol/L的KOH為陽(yáng)極電解質(zhì)溶液，lmol/L的硼氫化鈉為燃料；當(dāng)H2O2濃度為0.6mol/r\ KOH濃度為311101/171時(shí)電池的最大功率密度為572mW/cm_2。
[0020]應(yīng)用實(shí)施例3
[0021]利用石墨烯沾附塑料負(fù)載PdNi作為H2O2直接電還原的陰極，以3mol/L的KOH作為陰極電解液；Nafin-115質(zhì)子交換摸作為隔膜；以金屬Al片極，以6mol/L的KOH為陽(yáng)極電解質(zhì)溶液；當(dāng)H2O2濃度為0.6mol/L\ KOH濃度為3mol/L時(shí)電池的最大功率密度為689mW/
cm2 。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯沾附塑料負(fù)載PdNi過(guò)氧化氫電還原催化劑的制備方法，其特征是:將耐堿性雙面膠帶的一面貼于塑料表面；將石墨烯按15-20mg.cm-2涂覆于雙面膠帶的另一面；采用6-10MPa壓力將石墨烯壓實(shí)；將沾附石墨烯的塑料置于每升含58附(:12和IgNH4Cl的水溶液中，先在1.0V電壓下活化下5min，進(jìn)而在-1V下進(jìn)行鎳的電沉積下保持I?1.5小時(shí)；將制備好的沾附石墨烯的塑料鎳基體置于含Immol.mL—1的PdCl2溶液中3_5min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯沾附塑料負(fù)載PdNi過(guò)氧化氫電還原催化劑的制備方法，其特征是:所述塑料為聚乙烯塑料、聚苯乙烯塑料、聚丙烯塑料或聚酰胺塑料以及它們的衍生塑料。
【文檔編號(hào)】H01M4/88GK104078689SQ201410323848
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】王貴領(lǐng), 張棟銘, 李一舉, 曹殿學(xué), 閆鵬, 王濱 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)