The invention provides a preparation method and application of Ni_Zn/N-S double-doped three-dimensional graphene electrode material, which belongs to the field of electrocatalytic oxidation electrode material. The Ni Zn/N-S double-doped three-dimensional graphene electrode material is prepared by gas dynamic template electrodeposition as the anode material of direct hydrazine fuel cell, which has nanoporous structure, forms a porous surface without bubble agglomeration, has good catalytic activity (low initial potential and high current density), low resistance and good stability. Low price and excellent performance make it have good practical application value.
【技术实现步骤摘要】
一种Ni-Zn/氮硫双掺杂三维石墨烯电极材料的制备方法及应用
本专利技术属于电催化氧化电极材料领域,涉及一种Ni-Zn/氮硫双掺杂三维石墨烯电极材料的制备及在电催化直接肼燃料电池中的应用。
技术介绍
肼(N2H4·H2O)作为一种清洁的液态储氢燃料,其含氢量高达12.5wt.%,优于硼氢化钠(8wt.%),与甲醇相同,因此被认为是燃料电池的理想燃料。直接肼燃料电池由于具有高的理论电动势(1.56V)、高的能量密度(5.42Wh·g-1)、反应产物(N2和H2O)无污染,可在温和温度(40~80℃)下进行操作,因此成为研究热点。目前,直接肼燃料电池存在的主要问题是肼在阳极上的电氧化反应是一个动力学上的缓慢过程,过电位较髙。因此,制备性能优良的阳极催化剂,促进反应快速进行已成为人们的研究热点。起初,催化剂材料使用最为广泛的是Pt,Pd,Ag等贵金属,可以得到很好的催化效果。然而贵金属价格昂贵,成本过高等问题,严重影响了直接肼燃料电池的商业化应用。因此,开发高效、稳定、可替代贵金属的,廉价的电催化剂是目前研究热点。经过研究,发现Ni,Co和Cu等非贵金属在碱性条件下同样对肼表现出电催化活性和稳定性。进一步研究发现,以Ni基为基础的二元/三元催化剂催化效果更好(如Ni–M,M=Co,Cu,Fe,Zn,B和S)。在目前所报道的催化剂中,Ni–Zn合金催化剂显得尤其突出,受到的关注度最高。但目前制备出Ni-Zn合金材料的结构大多数缺乏孔结构,而肼燃料电池在发生氧化反应时,会在表面产生大量的氮气,气体逐渐聚集,严重粘附在表面,从而会形成“气墙”,阻碍了离子与电子的传输, ...
【技术保护点】
1.一种Ni‑Zn/氮硫双掺杂三维石墨烯电极材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤一,氮硫双掺杂三维石墨烯的制备:(1)将碳前驱体、溶剂、掺杂剂按照质量比1~5:0.1~10:0.1~5,加入到高压反应釜中,搅拌均匀,在120~200℃下反应4~8h;(2)冷却到室温后,加入模板剂,模板剂与碳前驱体质量比为0.1~5,60~120℃水热反应2~4h后充分洗涤,取出干燥;(3)将干燥后的原料放在气氛炉中,然后升温到800~1200℃,预定温度保温1~3h;其中升温速率为1~5℃/min,保护气氛为惰性气体;(4)将步骤(3)中的产物进行去除模板:将步骤(3)中的产物置于酸中搅拌,经过酸洗、醇洗和水洗至中性,而后放入60~100℃,真空干燥4~6h;其中酸为:盐酸、磷酸、醋酸、硫酸中的一种;酸液的浓度为1~3mol/L;步骤二:电沉积溶液的配制:将主配位剂、硫酸锌与水混合,得到1号澄清溶液;将辅助配位剂、硫酸镍与水混合,得到2号澄清溶液;将碳酸钾分别加入到上述两种溶液中,搅拌分别使溶液澄清后再将两种溶液混合,得到电沉积溶液;所述电沉积溶液中主配位剂、辅助配位剂、硫酸锌、硫酸镍、碳酸 ...
【技术特征摘要】
1.一种Ni-Zn/氮硫双掺杂三维石墨烯电极材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤一,氮硫双掺杂三维石墨烯的制备:(1)将碳前驱体、溶剂、掺杂剂按照质量比1~5:0.1~10:0.1~5,加入到高压反应釜中,搅拌均匀,在120~200℃下反应4~8h;(2)冷却到室温后,加入模板剂,模板剂与碳前驱体质量比为0.1~5,60~120℃水热反应2~4h后充分洗涤,取出干燥;(3)将干燥后的原料放在气氛炉中,然后升温到800~1200℃,预定温度保温1~3h;其中升温速率为1~5℃/min,保护气氛为惰性气体;(4)将步骤(3)中的产物进行去除模板:将步骤(3)中的产物置于酸中搅拌,经过酸洗、醇洗和水洗至中性,而后放入60~100℃,真空干燥4~6h;其中酸为:盐酸、磷酸、醋酸、硫酸中的一种;酸液的浓度为1~3mol/L;步骤二:电沉积溶液的配制:将主配位剂、硫酸锌与水混合,得到1号澄清溶液;将辅助配位剂、硫酸镍与水混合,得到2号澄清溶液;将碳酸钾分别加入到上述两种溶液中,搅拌分别使溶液澄清后再将两种溶液混合,得到电沉积溶液;所述电沉积溶液中主配位剂、辅助配位剂、硫酸锌、硫酸镍、碳酸钾的浓度分别为主配位剂1~30g/L、辅助配位剂1~10g/L、硫酸锌0.5~5g/L、硫酸镍5~100g/L、碳酸钾1~50g/L;步骤三:气体动态模板法电沉积制备Ni-Zn/氮硫双掺杂三维石墨烯电极材料:首先,将步骤一配制好的石墨烯加入到步骤二配制好的电沉积溶液中,超声0.5~2h,使溶液充分混合;基体进行除油、酸洗,所述酸洗按照体积比盐酸:水=1:1,用蒸馏水和超纯水进行冲洗;然后直接将基体放入到溶液中,进行电沉积;电沉积完成后,从溶液中取出试样,用超纯水清洗表面,冷风干燥,得到电极材料;所述电沉积过程中,电流密度为1~8A/dm2,溶液温度为20~60℃,阴阳极间距离为1~30cm,时间为1~10。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤一的(1)...
【专利技术属性】
技术研发人员:冯忠宝,王琳,邢鹏飞,都兴红,李大纲,闫姝,
申请(专利权)人:东北大学,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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