一种碳球负载RhCo合金电催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳球负载RhCo合金电催化剂的制备方法，属于电催化和能源技术领域。该方法以碳酸钠为预沉淀剂、硼氢化钠为还原剂，将Rh2O3/Co(OH)2复合物还原成高度分散和粒径极小的RhCo纳米粒子，从而制得碳球负载的RhCo合金。本发明专利技术制得的碳球负载的RhCo合金由于具有独特的结构——高的比表面积、较多的活性位点，在碱性介质中催化甲醇氧化反应具有很好的应用前景，且所制备的碳球负载的RhCo合金不需要经过紫外臭氧处理就能有很好的电化学信号，可作为直接甲醇燃料电池的阳极催化剂。本发明专利技术碳球负载RhCo合金的制备方法简单、经济，适合工业化大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种碳球负载RhCo合金电催化剂的制备方法
本专利技术属于电催化和能源
，具体涉及一种用于碱性直接甲醇燃料电池的碳球负载RhCo合金电催化剂的制备方法。
技术介绍
近年来，碱性直接甲醇燃料电池吸引了相当多的关注。作为一种理想的能源供应系统的便携式电子设备，其独特的优势包括：(i)在碱性介质中，甲醇的氧化反应动力学得到改善；(ii)在碱性介质中，氧气还原反应的动力学提升；(iii)碱性介质中的非贵金属阴极电催化剂(如碳材料和钙钛矿型氧化物)得到了广泛地应用；(iv)简单的水反应体系。Pd作为替代Pt的电催化剂，其纳米晶体已被广泛地应用到碱性直接甲醇燃料电池中。研究表明，在酸性或碱性介质中，碳载Rh基纳米晶体阳极电催化剂具有比Pd基纳米晶更高的醇氧化反应电催化活性，因此碳载Rh基纳米晶体的合成具有重要的意义。目前报道的工作表明，贵金属纳米晶体的催化活性和耐久性与它们的大小和形貌高度相关，尤其是碳材料负载的双金属，由于其比表面积大、良好的导电性、快速的传质过程以及少得令人惊讶的奥斯特瓦尔德熟化，大大改善了贵金属(如Pt、Pd和Au)在许多重要的电化学反应(如甲醇氧化反应、氧还原反应和乙醇氧化反应等)中的催化活性和耐久性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种在常压条件下低温制备粒子尺寸小、分散性好的碳球负载RhCo合金电催化剂的方法。解决上述技术问题所采用的技术方案是：按照铑元素与钴元素的摩尔比为1:5～5:1，将铑的可溶性盐与钴的可溶性盐加入蒸馏水中，混合均匀，所得混合液用Na2CO3水溶液调节pH至8～9，在40～60℃下搅拌反应4～8小时，然后用NaBH4还原，离心分离、洗涤、真空干燥，得到碳球负载RhCo合金电催化剂。上述制备方法中，优选铑元素与钴元素的摩尔比为1:3～3:1。上述制备方法中，所述NaBH4用量为钴元素与铑元素总摩尔量的50～150倍。上述制备方法中，进一步优选在50℃下搅拌反应6小时。上述铑的可溶性盐为氯化铑、硝酸铑、醋酸铑中的任意一种，钴的可溶性盐为氯化钴或硝酸钴。本专利技术以具有水解性的Na2CO3为预沉淀剂，以NaBH4为还原剂，在常压、低温条件下一步将Rh2O3/Co(OH)2还原成高度分散性、粒子尺寸小而均一的RhCo纳米粒子。本专利技术制备方法简单易行，且产率较高，适合工业大规模生产，制备得到的碳球负载RhCo合金具有高度的分散性、高的比表面积、高的活性位点，在水中表现出了良好的稳定性，能有效抑制奥斯特瓦德尔熟化效应，与商业化E-TEKPd碳催化剂相比，在甲醇氧化反应(MOR)方面展现出更优异的电催化活性，可作为碱性直接甲醇燃料电池的阳极催化剂。附图说明图1是实施例1制备的碳球负载RhCo合金电催化剂的XRD图谱。图2是实施例1制备的碳球负载RhCo合金电催化剂的TEM图。图3是实施例2制备的碳球负载RhCo合金电催化剂的TEM图。图4是实施例3制备的碳球负载RhCo合金电催化剂的TEM图。图5是实施例1制备的碳球负载RhCo合金电催化剂与E-TEKPd碳催化剂在N2饱和的1mol/LKOH水溶液中的CV图。图6是实施例1制备的碳球负载RhCo合金电催化剂与E-TEKPd碳催化剂在N2饱和的含1mol/LCH3OH的1mol/LKOH水溶液中的CV图。图7是实施例2制备的碳球负载RhCo合金电催化剂与E-TEKPd碳催化剂在N2饱和的1mol/LKOH水溶液中的CV图。图8是实施例2制备的碳球负载RhCo合金电催化剂与E-TEKPd碳催化剂在N2饱和的含1mol/LCH3OH的1mol/LKOH水溶液中的CV图。图9是实施例3制备的碳球负载RhCo合金电催化剂与E-TEKPd碳催化剂在N2饱和的1mol/LKOH水溶液中的CV图。图10是实施例3制备的碳球负载RhCo合金电催化剂与E-TEKPd碳催化剂在N2饱和的含1mol/LCH3OH的1mol/LKOH水溶液中的CV图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不仅限于这些实施例。实施例1将1.4mL0.076mol/LRhCl3水溶液和0.35mL0.1mol/LCoCl2水溶液混合均匀，其中RhCl3与CoCl2的摩尔比为3:1，在搅拌条件下，将所得混合液用1mol/LNa2CO3水溶液调节至pH为9，在50℃下加热搅拌反应6小时，冷却至室温，再加入4.2mL5mol/LNaBH4水溶液，搅拌3小时，离心分离，用蒸馏水洗涤，在真空烘箱中60℃真空干燥，即得碳球负载RhCo合金电催化剂(记为Rh3Co1/CB)。由图1可见，样品的衍射峰介于面心立方(FCC)的Rh与Co的标准峰之间，表明了RhCo合金的形成。由图2可见，所制备的碳球负载的RhCo合金为高度分散的纳米粒子，粒子直径为2～3nm，尺寸均一。实施例2将1mL0.076mol/LRhCl3水溶液和0.8mL0.1mol/LCoCl2水溶液混合均匀，其中RhCl3与CoCl2的摩尔比为1:1，在搅拌条件下，将所得混合液用1mol/LNa2CO3水溶液调节至pH为9，在50℃下加热搅拌反应6小时，冷却至室温，再加入4.8mL5mol/LNaBH4水溶液，搅拌3小时，离心分离，用蒸馏水洗涤，在真空烘箱中60℃真空干燥，即得碳球负载RhCo合金电催化剂(记为Rh1Co1/CB)(见图3)。实施例3将0.6mL0.076mol/LRhCl3水溶液和1.4mL0.1mol/LCoCl2水溶液混合均匀，其中RhCl3与CoCl2的摩尔比为1:3，在搅拌条件下，将所得混合液用1mol/L的碳酸钠水溶液调节至pH为9，在50℃下加热搅拌反应6小时，冷却至室温，再加入5.3mL5mol/LNaBH4水溶液，搅拌3小时，离心分离，用蒸馏水洗涤，在真空烘箱中60℃真空干燥，即得碳球负载RhCo合金电催化剂(记为Rh1Co3/CB)(见图4)。专利技术人分别采用实施例1～3制备的碳球负载RhCo合金电催化剂在碱性介质中催化氧化甲醇，结果见图5～10。由图5、7、9可见，实施例1、2、3制备的碳球负载RhCo合金电催化剂在N2饱和的碱性介质中的电化学活性面积(ECSA)依次为49.3m2g-1、47.1m2g-1、39.8m2g-1，大于E-TEKPd碳的38.6m2g-1。由图6、8、10可见，实施例1、2、3制备的碳球负载RhCo合金电催化剂的电流密度依次为306.5Ag-1、78.7Ag-1、69.5Ag-1，比E-TEKPd碳的17.9Ag-1大得多。上述试验结果表明，本专利技术制备的碳球负载RhCo合金电催化剂对甲醇的催化性能优于商业E-TEKPd碳。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳球负载RhCo合金电催化剂的制备方法，其特征在于：按照铑元素与钴元素的摩尔比为1:5～5:1，将铑的可溶性盐与钴的可溶性盐加入蒸馏水中，混合均匀，所得混合液用Na2CO3水溶液调节pH至8～9，在40～60℃下搅拌反应4～8小时，然后用NaBH4还原，离心分离、洗涤、真空干燥，得到碳球负载RhCo合金电催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种碳球负载RhCo合金电催化剂的制备方法，其特征在于：按照铑元素与钴元素的摩尔比为1:5～5:1，将铑的可溶性盐与钴的可溶性盐加入蒸馏水中，混合均匀，所得混合液用Na2CO3水溶液调节pH至8～9，在40～60℃下搅拌反应4～8小时，然后用NaBH4还原，离心分离、洗涤、真空干燥，得到碳球负载RhCo合金电催化剂。2.根据权利要求1所述的碳球负载RhCo合金电催化剂的制备方法，其特征在于：所述的铑元素与钴元素的摩尔比为1:3～3:1。3.根据权利要求1所述的碳球...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈煜，翟亚南，李淑妮，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61