一种用于制备燃料电池用氢的碳化硅催化剂及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于制备燃料电池用氢的碳化硅催化剂及制备方法。所述纳米碳化硅催化剂由以下步骤制得：a、将金属钠、四氯化碳和四氯化硅混合后球磨，生成纳米碳、纳米硅和氯化钠；b、除去氯化钠后继续球磨，生成纳米碳化硅；c、过滤、洗涤、烘干，制得纳米碳化硅粉末；即得纳米碳化硅催化剂。所述方法具有以下有益效果：本发明专利技术通过将金属钠、四氯化碳和四氯化硅混合球磨，进行表面高活性层反应形成纳米碳、纳米硅，进一步球磨氧化形成纳米碳化硅，可有效控制催化剂的粒度，同时制备方法简单，成本低廉，具有大规模生产的潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种用于制备燃料电池用氢的碳化硅催化剂及制备方法
本专利技术涉及燃料电池领域，具体涉及催化剂的制备，尤其是涉及一种用于制备燃料电池用氢的碳化硅催化剂及制备方法。
技术介绍
近几十年来，随着全球能源需求的持续增长，寻找新能源的研究越来越受到人们的关注。氢能，它作为二次能源，具有清洁、高效、安全、可贮存、可运输等诸多优点，已普遍被人们认为是一种最理想的新世纪无污染的绿色能源，因此受到了各国的高度重视，燃料电池用氢需求激增。光解水制氢技术始自1972年，由日本东京大学FujishimaA和HondaK两位教授首次报告发现TiO2单晶电极光催化分解水从而产生氢气这一现象，从而揭示了利用太阳能直接分解水制氢的可能性，开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道。随着电极电解水向半导体光催化分解水制氢的多相光催化的演变和TiO2以外的光催化剂的相继发现，兴起了以光催化方法分解水制氢（简称光解水）的研究，并在光催化剂的合成、改性等方面取得较大进展。光催化分解水制氢由于其环保无污染，能耗低的优势，有望成为下一代氢能来源。但其对于可见光利用率低，催化效率，目前尚在研究改进阶段。碳化硅由于其宽禁带、良好的抗氧化性、耐腐蚀性和高电子迁移率，在光催化制氢领域具有较明显的优越性。专利申请号201410115677.X公开了一种碳化硅/纳米碳复合可见光光催化剂的制备方法。具体为将适当过量纳米碳材料与一定量的硅基粉末混合，然后在氩气气氛下升温至一定温度，在此温度下保持一段时间，在整个过程中高纯氩气（纯度为99.99%，氧含量为10ppm）始终通入反应体系中。反应停止后，所得粉末用HF-HNO3混合溶液处理几次，并在100℃下干燥一段时间，即可制得碳化硅/纳米碳复合可见光光催化剂。专利申请号201711321349.5公开了一种纳米碳化硅及其制备方法，该纳米碳化硅孔径分布为16~48nm，所述纳米碳化硅粒径为8~16nm，纳米碳化硅的比表面积为120~180m2/g，纳米碳化硅的颗粒之间具有多维杂化的孔结构，另外此专利技术还提供一种上述纳米碳化硅的制备方法，采用此专利技术的技术方案具有对设备要求简单、过程易于操作、产品周期短的优点，并且制备纳米碳化硅的方法能够经济有效的得到本领域所需要的纳米碳化硅。专利申请号201410213453.2公开了一种多孔碳化硅纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：（1）配制纳米碳纤维前驱体聚合物纺丝溶液；（2）静电纺丝制备聚合物纳米纤维；（3）将聚合物纳米纤维进行预氧化交联；（4）预氧化聚合物纳米纤维的高温烧成，制得纳米碳纤维；（5）纳米碳纤维与硅粉发生碳热还原反应得到多空碳化硅纳米纤维。专利申请号201510659006.4公开了一种高比表面积纳米介孔碳化硅空心球及其制备方法。其技术方案是：将不同的量二氧化硅前驱体正硅酸乙酯逐滴加入到不同比例的水、无水乙醇混合溶液中，使其水解成不同直径大小的二氧化硅实心纳米球，将合成好的二氧化硅实心球分散不同体积的蒸馏水中保温一定时间，制备出不同直径大小的纳米介孔二氧化硅空心球。然后，将二氧化硅空心球内外壳包裹一层有机物并使得有机物嵌入壳壁中，碳化，将反应产物与镁粉和金属盐混合均匀后在惰性气氛下保温数小时得到结构均一大小可调的纳米介孔碳化硅空心球。由此可见，现有技术中用于光催化制氢的的纳米碳化硅催化剂，存在合成比较困难，而且难以有效控制其反应过程，导致其粒度不均匀，分散性较差，从而影响其催化活性，用于光催化制氢时存在效率低，产量差等问题。
技术实现思路
为有效解决上述技术问题，本专利技术提出了一种用于制备燃料电池用氢的碳化硅催化剂及制备方法，可有效控制催化剂的粒度，并且制备简单，可大规模推广。本专利技术的具体技术方案如下：一种用于制备燃料电池用氢的碳化硅催化剂的制备方法，所述碳化硅催化剂是由金属钠与四氯化碳、四氯化硅反应，除去氯化钠后，生成的纳米硅氧化为氧化硅，并与生成的纳米碳反应得到纳米碳化硅，具体的制备步骤为：a、将金属钠置于高能球磨机中，加入四氯化碳和四氯化硅作为溶剂，球磨至金属钠完全反应，生成纳米碳、纳米硅和氯化钠；b、清洗除去氯化钠，并提高转速继续球磨，纳米硅在空气中被氧化为氧化硅，并与纳米碳发生反应，生成纳米碳化硅；c、过滤、洗涤、烘干，制得碳化硅粉末；即得碳化硅催化剂。优选的，所述步骤a中，金属钠15~25重量份、四氯化碳40~55重量份、四氯化硅30~35重量份。优选的，所述步骤a中，球磨机采用锆球，球料比为1:1~2:1。优选的，所述步骤a中，球磨的磨体转速为40~50r/min，时间为3h。优选的，所述步骤b中，清洗采用去离子水，次数为2~3次。优选的，所述步骤b中，球磨的磨体转速为70~90r/min，时间为8h。优选的，所述步骤c中，洗涤的方式为，先采用无水乙醇洗涤2~4次，再采用去离子水洗涤1~2次。优选的，所述步骤c中，烘干的温度为120~130℃，时间为5~7h。优选的，所述步骤c中，碳化硅粉末的粒径为15~50nm。目前纳米碳化硅的合成比较困难，难以有效控制反应过程，导致产物粒度不均匀，分散性较差，从而影响催化活性。高能球磨是利用机械能来诱发化学反应或诱导材料组织、结构和性能的变化，以此来制备新材料，可明显降低反应活化能、细化晶粒、极大提高粉末活性，并改善颗粒分布均匀性，改善增强体与基体之间界面的结合，促进固态离子扩散，诱发低温化学反应，从而提高了材料的密实度、电、热学等性能，是一种节能、高效的材料制备技术。因此，本专利技术使用金属钠、四氯化碳和四氯化硅，通过高能球磨制备纳米碳化硅。本专利技术上述内容还提出一种用于制备燃料电池用氢的碳化硅催化剂，由以下步骤制得：a、将金属钠、四氯化碳和四氯化硅混合后球磨，生成纳米碳、纳米硅和氯化钠；b、除去氯化钠后继续球磨，生成纳米碳化硅；c、过滤、洗涤、烘干，制得纳米碳化硅粉末；d、制备成所需的宏观结构，即得碳化硅催化剂。本专利技术的有益效果为：1.提出了以金属钠、四氯化碳及四氯化硅为原料制备用于制备燃料电池用氢的碳化硅催化剂的方法。2.本专利技术通过将金属钠、四氯化碳和四氯化硅混合球磨，进行表面高活性层反应形成纳米碳、纳米硅，在机械力作用下金属钠不断暴露出活性面，可有效抑制纳米晶体继续长大，最后通过高能球磨使被空气氧化的纳米硅颗粒与纳米碳复合形成纳米碳化硅，可有效控制催化剂的粒度。3.本专利技术制备的方法简单，成本低廉，具有大规模生产的潜力。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本专利技术的范围内。实施例1a、将金属钠置于高能球磨机中，加入四氯化碳和四氯化硅作为溶剂，球磨至金属钠完全反应，生成纳米碳、纳米硅和氯化钠；b、清洗除去氯化钠，并提高转速继续球磨，纳米硅在空气中被氧化为氧化硅，并与纳米碳发生反应，生成纳米碳化硅；c、过滤、洗涤、烘干，制得纳米碳化硅粉末；即得纳米碳化硅催化剂。步骤a中，金属钠15重量份、四氯化碳55重量份、四氯化硅30重量份。球磨机采用锆球，球料比为1:1。球磨的磨体转速为50r/min，时间为3h。步骤b中，清洗采用去离子水，次数为3次。球磨的磨体转速为9本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制备燃料电池用氢的碳化硅催化剂的制备方法，其特征在于：所述碳化硅催化剂是由金属钠与四氯化碳、四氯化硅反应，除去氯化钠后，生成的纳米硅氧化为氧化硅，并与生成的纳米碳反应得到碳化硅，具体的制备步骤为：a、将金属钠置于高能球磨机中，加入四氯化碳和四氯化硅作为溶剂，球磨至金属钠完全反应，生成纳米碳、纳米硅和氯化钠；b、清洗除去氯化钠，并提高转速继续球磨，纳米硅在空气中被氧化为氧化硅，并与纳米碳发生反应，生成纳米碳化硅；c、过滤、洗涤、烘干，制得碳化硅粉末；即得碳化硅催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于制备燃料电池用氢的碳化硅催化剂的制备方法，其特征在于：所述碳化硅催化剂是由金属钠与四氯化碳、四氯化硅反应，除去氯化钠后，生成的纳米硅氧化为氧化硅，并与生成的纳米碳反应得到碳化硅，具体的制备步骤为：a、将金属钠置于高能球磨机中，加入四氯化碳和四氯化硅作为溶剂，球磨至金属钠完全反应，生成纳米碳、纳米硅和氯化钠；b、清洗除去氯化钠，并提高转速继续球磨，纳米硅在空气中被氧化为氧化硅，并与纳米碳发生反应，生成纳米碳化硅；c、过滤、洗涤、烘干，制得碳化硅粉末；即得碳化硅催化剂。2.根据权利要求1所述一种用于制备燃料电池用氢的碳化硅催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，金属钠15~25重量份、四氯化碳40~55重量份、四氯化硅30~35重量份。3.根据权利要求1所述一种用于制备燃料电池用氢的碳化硅催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，球磨机采用锆球，球料比为1:1~2:1。4.根据权利要求1所述一种用于制备燃料电池用氢的碳化硅催化剂的制备方法，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，廖健淞，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51