一种基于商业碳载体EC600J的氢气燃料电池用非贵金属催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于商业碳载体EC600J的氢气燃料电池用非贵金属催化剂及其制备方法。本发明专利技术通过将包含商业碳载体EC600J的前驱体材料进行混合后，采用一次烧结的方式，得到高氧还原活性的不含贵金属的催化剂。制备材料资源丰富、价格低廉、制备工艺简单、所得催化剂性能优良，为替代传统贵金属催化剂提供了可能性。结果表明，所得催化剂氧还原活性达到0.85V@1600r，比表面积达到600m

A non noble metal catalyst for hydrogen fuel cell based on commercial carbon carrier ec600j and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种基于商业碳载体EC600J的氢气燃料电池用非贵金属催化剂及其制备方法
本专利技术属于电池
，具体涉及一种基于商业碳载体EC600J的氢气燃料电池用非贵金属催化剂及其制备方法。
技术介绍
氢气作为目前传统汽油机动力可替代能源，目前受到能源和电化学研究领域重视。氢燃料电池作为目前氢气动力系统载体，成为国内外整车厂开发重点。氢燃料电池作为交换膜燃料电池的一种，主要是通过将阴极(氧气侧)氧气进行还原，生成氢氧根，同时将阳极氢气侧进行电化学氧化，产生自由电子移动，提供电能。两过程均需要催化剂参与，但对电化学反应起到催化作用。其中阴极催化剂用量最大。目前主要采用的是利用贵金属(铂、钯、铑等)或贵金属合金作为催化剂。鉴于贵金属资源有限，且目前市场价格居高不下，开发一种不含贵金属的氧还原催化剂迫在眉睫，也是各燃料电池开发课题组的主要研究目标。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种基于商业碳载体EC600J的氢气燃料电池用非贵金属催化剂及其制备方法，本专利技术提供的非贵金属催化剂不含贵金属，制备材料资源丰富、价格低廉、制备工艺简单、所得催化剂性能优良。本专利技术提供了一种基于商业碳载体EC600J的氢气燃料电池用非贵金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：A)将第一部分的亚铁盐与EC600J混合，得到混合物；B)将第二部分的亚铁盐与含氮芳香族化合物混合，得到混合物；C)在保护气氛条件下，将步骤A)制备得到的混合物以及步骤B)制备得到的混合物混合后进行煅烧，得到煅烧产物；D)在保护气氛条件下，将所述煅烧产物进行酸洗和烘干，得到非贵金属催化剂；所述第一部分的亚铁盐与第二部分的亚铁盐选自醋酸亚铁或醋酸亚铁氨；所述含氮芳香族化合物选自邻二氮杂菲或聚苯二胺。本专利技术将亚铁盐分成两部分，其中，第一部分亚铁盐与EC600J混合，第二部分亚铁盐与含氮芳香族化合物混合。本专利技术对上述混合的方法没有特殊限制，优选为球磨混合。其中，所述第一部分的亚铁盐与第二部分的亚铁盐选自醋酸亚铁或硫酸亚铁铵，优选为醋酸亚铁；所述含氮芳香族化合物选自邻二氮杂菲或聚苯二胺，优选为邻二氮杂菲。所述第一部分的亚铁盐与第二部分的亚铁盐的质量比为3:1～5:1，优选为3.5:1～4.5:1。所述第一部分的亚铁盐与EC600J的质量比为1:1～2:1。所述第二部分的亚铁盐与含氮芳香族化合物的质量比为1:1～2:1，优选为1.2:1～1.8:1。接着，在保护气氛条件下，将上述步骤制备得到的混合物混合后进行煅烧，得到煅烧产物。其中，所述保护气氛为氩气，氩气纯度99.999％，所述保护气氛的压强为0.5～2.0bar。所述煅烧的温度为900～1150℃，优选为950～1100℃，时间为60～120min，优选为80～100min。然后，在保护气氛条件下，将所述煅烧产物进行酸洗和烘干，得到非贵金属催化剂；所述保护气氛为氩气，氩气纯度99.999％，所述保护气氛的压强为0.5～2.0bar。所述酸洗所用的酸溶液选自硫酸水溶液或盐酸水溶液，所述硫酸水溶液的浓度为0.5～2.0mol/L，优选为1.0～1.5mol/L，所述盐酸水溶液的浓度为1.0～4.0mol/L，优选为2.0～3.0mol/L。所述烘干的温度为50～90℃，优选为60～80℃，烘干时间12～36h，优选为18～30h。本专利技术还提供了一种上述制备方法制备得到的用于基于商业碳载体EC600J的氢气燃料电池的非贵金属催化剂，所述非贵金属催化剂的比表面积为600m2/g，氧还原活性达到0.85V@1600r。与现有技术相比，本专利技术提供了一种基于商业碳载体EC600J的氢气燃料电池用非贵金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：A)将第一部分的亚铁盐与EC600J混合，得到混合物；B)将第二部分的亚铁盐与含氮芳香族化合物混合，得到混合物；C)在保护气氛条件下，将步骤A)制备得到的混合物以及步骤B)制备得到的混合物混合后进行煅烧，得到煅烧产物；D)在保护气氛条件下，将所述煅烧产物进行酸洗和烘干，得到非贵金属催化剂；所述第一部分的亚铁盐与第二部分的亚铁盐选自醋酸亚铁或醋酸亚铁氨；所述含氮芳香族化合物选自邻二氮杂菲或聚苯二胺。本专利技术通过将包含商业碳载体EC600J的前驱体材料进行混合后，采用一次烧结的方式，得到高氧还原活性的不含贵金属的催化剂。制备材料资源丰富、价格低廉、制备工艺简单、所得催化剂性能优良，为替代传统贵金属催化剂提供了可能性。结果表明，所得催化剂氧还原活性达到0.85V@1600r，比表面积达到600m2/g。附图说明图1为实施例1制备的非贵金属催化剂的扫描电镜照片；图2为图2为实施例1制备的非贵金属催化剂的元素分析测试谱图和结果；图3为实施例1制备的非贵金属催化剂的吸附脱附曲线；图4为实施例1制备的非贵金属催化剂的氧还原活性测试曲线；图5为实施例2制备的非贵金属催化剂的吸附脱附曲线；图6为实施例2制备的非贵金属催化剂的氧还原活性测试曲线；图7为实施例3制备的非贵金属催化剂的吸附脱附曲线；图8为实施例3制备的非贵金属催化剂的氧还原活性测试曲线；图9为实施例4制备的非贵金属催化剂的吸附脱附曲线；图10为实施例4制备的非贵金属催化剂的氧还原活性测试曲线；图11为实施例5制备的非贵金属催化剂的吸附脱附曲线；图12为实施例5制备的非贵金属催化剂的氧还原活性测试曲线；图13为对比例1制备的非贵金属催化剂的氧还原活性测试曲线；图14为对比例2制备的非贵金属催化剂的氧还原活性测试曲线。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术提供的基于商业碳载体EC600J的氢气燃料电池用非贵金属催化剂及其制备方法进行说明，本专利技术的保护范围不受以下实施例的限制。实施例1(1)将Fe(Ac)2与EC600J按照质量比1:2进行球磨预混合10min；(2)然后将Fe(Ac)2与邻二氮杂菲按照质量比1:1进行球磨预混合10min；步骤(1)与步骤(2)中醋酸亚铁的用量(质量)比为4:1。(3)将混合后的前驱体材料放置入氩气保护的真空管式炉中，升温至950℃，保温60min。随炉冷却后，将催化剂粉末在0.5mol/L硫酸溶液中进行超声波震荡酸洗，酸洗时间20min，将酸洗后的悬浊液在50℃烘箱中烘干22h，得到非贵金属催化剂。(4)对所述非贵金属催化剂进行电镜扫描，结果见图1，图1为实施例1制备的非贵金属催化剂的扫描电镜照片，扫描电镜照片显示载体颗粒细小且分布均匀，直径大都分布在1μm以下。对所述非贵金属催化剂进行元素分析测试，结果见图2，图2为实施例1制备的非贵金属催化剂的元素分析测试谱图和结果。对所述非贵金属催化剂进行比表面积测试，结果见本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于商业碳载体EC600J的氢气燃料电池用非贵金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nA)将第一部分的亚铁盐与EC600J混合，得到混合物；/nB)将第二部分的亚铁盐与含氮芳香族化合物混合，得到混合物；/nC)在保护气氛条件下，将步骤A)制备得到的混合物以及步骤B)制备得到的混合物混合后进行煅烧，得到煅烧产物；/nD)在保护气氛条件下，将所述煅烧产物进行酸洗和烘干，得到非贵金属催化剂；/n所述第一部分的亚铁盐与第二部分的亚铁盐选自醋酸亚铁或硫酸亚铁铵/n所述含氮芳香族化合物选自邻二氮杂菲或聚苯二胺。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于商业碳载体EC600J的氢气燃料电池用非贵金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)将第一部分的亚铁盐与EC600J混合，得到混合物；
B)将第二部分的亚铁盐与含氮芳香族化合物混合，得到混合物；
C)在保护气氛条件下，将步骤A)制备得到的混合物以及步骤B)制备得到的混合物混合后进行煅烧，得到煅烧产物；
D)在保护气氛条件下，将所述煅烧产物进行酸洗和烘干，得到非贵金属催化剂；
所述第一部分的亚铁盐与第二部分的亚铁盐选自醋酸亚铁或硫酸亚铁铵
所述含氮芳香族化合物选自邻二氮杂菲或聚苯二胺。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一部分的亚铁盐与第二部分的亚铁盐的质量比为3:1～5:1。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一部分的亚铁盐与EC600J的质量比为1:1～2:1。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二部分的亚铁盐与含氮芳香族化合...

【专利技术属性】
技术研发人员：范晨尧，冯艳，吴晓燕，姚力，刘芳，冯奇，
申请(专利权)人：上海汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31