本发明专利技术公开了一种BN/Ag/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/Ag/CNT复合材料中Ag均匀附着在BN片层之间及片层表面，CNT对Ag和BN起固定作用。本发明专利技术的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，成本较低。所制得的BN/Ag/CNT复合材料具有高效的电催化氧还原性能及较好的电化学稳定性。
BN/Ag/CNT composite material, preparation method and application thereof
The invention discloses a BN/Ag/CNT composite material and a preparation method and application thereof, belonging to the technical field of electrocatalytic materials. The Ag in the BN/Ag/CNT composite material is uniformly adhered between the BN lamella and the surface of the lamella, and CNT plays a role in fixing Ag and BN. The preparation method of the invention has the advantages of mild reaction conditions, no organic solvent, safe and environmental protection, simple post-processing, short process, low energy consumption and low cost. The BN/Ag/CNT composites have high catalytic performance and excellent electrochemical stability.
【技术实现步骤摘要】
一种BN/Ag/CNT复合材料及其制备方法和用途
本专利技术属于电催化材料
，具体涉及一种BN/Ag/CNT复合材料及其制备方法和用途。
技术介绍
随着经济的发展，生活的水平不断提高，人们对能源的需求越来越高。提高能源的利用效率不再是唯一标准，使用清洁性能源受到人们越来越多的关注。燃料电池是一种清洁、高效、可连续大功率放电的装置。可以将化学能直接转化成电能，不经燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。此外，燃料电池的另一个优点是几乎不排放污染性气体，二氧化碳的排放量比一般正常的发电要少40％左右。燃料电池的这些独特优点使它被公认为是未来比核能更加清洁安全的发电技术。燃料电池的出现和以后的发展，将会在交通运输业、商业用电等各个方面产生较为深远的影响。燃料电池发电原理与原电池相仿，燃料电池性能的关键就在于它的阴极材料。电池反应的主要障碍在于阴极材料上发生的氧还原反应，氧还原过程可逆性较小，还原较为困难。现阶段Pt/C催化剂使用较多，其在燃料电池中有很好的氧还原活性和耐久性因而被广泛使用，但由于较高的成本和容易被CO毒化，使这类材料在应用方面受到了很多限制。众多科研工作者为解决这一难题正在努力找寻其他金属催化剂来替代Pt/C的使用。六方氮化硼外观为白色松散状粉末，质地柔软有光滑感，与石墨的性质相似，片状结构，故有“白色石墨”之称。六方氮化硼有良好的电绝缘性、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，鲜有关于氮化硼-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，相关电化学性能的测试的也少有报道。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种BN/Ag/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，本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种BN/Ag/CNT复合材料，所述BN/Ag/CNT复合材料中Ag均匀附着在BN片层之间及片层表面，CNT对Ag和BN起固定作用。本专利技术的BN/Ag/CNT复合材料，金属银均匀的附着在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)可以将银颗粒与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、Ag与CNT的摩尔比为1：2：1。本专利技术还提供了一种制备上述所述BN/Ag/CNT复合材料的方法，所述方法中采用BN、硝酸银、CNT为起始原料，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/Ag/CNT复合材料。所述BN为通过一般商业手段获得的六方氮化硼。所述CNT为通过一般商业手段获得的碳纳米管。具体地，包括以下步骤：(1)将硝酸银溶于去离子水中，搅拌下滴加浓氨水，获得银氨络离子溶液；(2)将BN、CNT、乙二醇加入到银氨络离子溶液中，超声分散，获得均一稳定的混合溶液；(3)搅拌下向步骤(2)获得的混合溶液中滴加硼氢化钠溶液，反应结束后经后处理获得BN/Ag/CNT复合材料。进一步地，该方法中，原料BN、硝酸银、CNT的摩尔比为1：2：1。进一步地，为保证银离子被完全还原，硼氢化钠的用量应过量。优选地，还原剂硼氢化钠与硝酸银的摩尔比应大于1:8。进一步地，步骤(1)常温下向硝酸银的水溶液中滴加浓氨水时，首先产生沉淀AgOH，随着滴加浓氨水的量增加，AgOH逐渐溶解形成配合物([Ag(NH3)2]OH)；因此，步骤(1)中滴加浓氨水至沉淀完全溶解。进一步地，步骤(3)中硼氢化钠溶液的配制方法为：采用去离子水，配制0.5～2mol/L的氢氧化钠溶液；以氢氧化钠溶液为溶剂，硼氢化钠为溶质，配制0.1mol/L的硼氢化钠溶液。在本专利技术中，硼氢化钠溶液的配制操作，也可在制备复合材料开始时提前配制，或在步骤(3)使用时再进行配制。优选地，本专利技术中的硼氢化钠溶液采用现用现配的方式。进一步地，步骤(2)中BN与乙二醇的摩尔体积比为(2.5mol：1L)。进一步地，步骤(2)中超声分散时间为30min～60min。进一步地，步骤(3)中后处理包括洗涤、干燥、煅烧。优选地，反应结束后，将反应混合物用无水乙醇和去离子水的混合溶剂进行洗涤数次，洗涤后的粗产物在70-100℃下真空干燥5-7h。干燥后的产物经过研磨后，在氩气环境下，750～850℃下煅烧1.5～3h，煅烧结束后，冷却至室温，研磨获得BN/Ag/CNT复合材料。更优选地，洗涤后的粗产物在85℃下真空干燥6h。在氩气环境下，在管式炉内程序升温法，800℃下煅烧2h。本专利技术另一方面还提供了一种上述所述BN/Ag/CNT复合材料在燃料电池中作为催化剂的用途。及其，上述所述方法所制得的BN/Ag/CNT复合材料在燃料电池中作为催化剂的用途。本专利技术中所采用的六方氮化硼具有类似石墨的层状结构，尽管没有导电性能，但具有较好的吸附性能，因此，利用BN的吸附性能，本专利技术中将金属银均匀的附着的BN表面及片层之间，碳纳米管的加入可以将金属银颗粒与BN进一步的固定，形成笼状结构，同时提高复合材料的导电性能。本专利技术制得的BN/Ag/CNT复合材料在氧气饱和的0.1M的KOH溶液中，电催化氧还原的起始氧化电位在0.99V左右，最大氧还原电流可达到10-4mA/cm2的数量级，具有高效的电催化氧还原性能。经过16000s的电化学测试后，本专利技术的BN/Ag/CNT复合材料的电流密度仍高达开始时的94％左右(而相同实验条件下商业Pt(20％)/C复合材料仅为开始时的77％左右)，具有非常好的电化学稳定性。本专利技术所采用的制备方法中采用去离子水作为溶剂，避免了氯离子对整个反应的影响；采用浓氨水作为络合剂，与银离子生成稳定的银氨络离子后，以硼氢化钠作为还原剂，将银离子还原成单质银。以乙二醇为分散剂，可得到颗粒均匀的单质银颗粒，最终使颗粒均匀的单质金属银均匀的附着在氮化硼表面及片层之间。采用本专利技术的方法，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，成本较低。附图说明图1为实施例1所制得的BN/Ag/CNT复合材料的扫描电镜(SEM)图谱，其中，a、b分别为不同放大倍数下的SEM图谱，c为b中局部区域的mapping图谱；图2为实施例1所制得的BN/Ag/CNT复合材料的X射线衍射(XRD)图谱；图3为实施例1、对比例1、对比例2所制得的复合材料的氧气饱和的0.1MKOH溶液中的循环伏安曲线图，其中扫描速率为5mVs-1；图4为实施例1所制得的BN/Ag/CNT复合材料及Pt/C复合材料的时间电流曲线图。具体实施方式以下通过特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本专利技术实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本专利技术的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种BN/Ag/CNT复合材料，其特征在于，所述BN/Ag/CNT复合材料中Ag均匀附着在BN片层之间及片层表面，CNT对Ag和BN起固定作用。
【技术特征摘要】
1.一种BN/Ag/CNT复合材料，其特征在于，所述BN/Ag/CNT复合材料中Ag均匀附着在BN片层之间及片层表面，CNT对Ag和BN起固定作用。2.如权利要求1所述BN/Ag/CNT复合材料，其特征在于，BN、Ag与CNT的摩尔比为1：2：1。3.一种制备权利要求1至2任一项所述BN/Ag/CNT复合材料的方法，其特征在于，所述方法中采用BN、硝酸银、CNT为起始原料，乙二醇为分散剂、浓氨水为络合剂，硼氢化钠为还原剂。4.如权利要求3所述方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将硝酸银溶于去离子水中，搅拌下滴加浓氨水，获得银氨络离子溶液；(2)将BN、CNT、乙二醇加入到银氨络离子溶液中，超声分散，获得均一稳定的混合溶液；(3)搅拌下向步骤(2)获得的混合溶液中滴加硼氢化钠溶液，反应结束后经后处理获得BN/Ag/CNT复合材料。5.如权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：于洁玫，黄太仲，姜占坤，齐蕾，姜润田，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37
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