用于燃料电池氢燃料的钴/氧化钴催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于燃料电池氢燃料的钴/氧化钴催化剂及其制备方法，该方法包括：在碱性环境下使用钴盐、还原剂和碳布制备钴/碳布催化剂；将所述钴/碳布催化剂高温局部氧化为钴/氧化钴/碳布催化剂；对所述钴/氧化钴/碳布催化剂进行洗脱处理，将洗脱碳布后的溶液烘干，得到钴/氧化钴催化剂。本发明专利技术通过两步法制备钴/氧化钴催化剂，实现了提高氢气制备效率的技术效果。的技术效果。的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
用于燃料电池氢燃料的钴/氧化钴催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及催化剂
，尤其涉及一种用于燃料电池氢燃料的钴/氧化钴催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC，Proton Exchange Membrane Fuel Cell)是一种新型的能够将化学能直接转换成电能的装置。由于质子交换膜电池无转动部件的内能消耗，不经过燃烧，能量转化效率不受卡诺循环限制，因此其具有较高的能量转换效率。并且，质子交换膜电池采用清洁能源，例如氢燃料，对环境无危害，环保性高。质子交换膜电池还具有工作条件温和、体积小、重量轻、安全耐用的特点，被广泛用作移动电源，其还是理想的动力电源。
[0003]目前，对于质子交换膜燃料电池氢燃料的制备越来越受到各国的重视。氢燃料来源丰富，可以利用电解水制氢技术制备氢气。制氢过程中主要由吸脱附两步实现，但是目前大部分催化剂偏向于一侧，难以实现高效吸脱附制氢。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种用于燃料电池氢燃料的钴/氧化钴催化剂及其制备方法，旨在解决制氢过程中吸脱附效率低的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种用于燃料电池氢燃料的钴/氧化钴催化剂制备方法，该方法包括：
[0006]在碱性环境下使用钴盐、还原剂和碳布制备钴/碳布催化剂；
[0007]将所述钴/碳布催化剂高温局部氧化为钴/氧化钴/碳布催化剂；
[0008]对所述钴/氧化钴/碳布催化剂进行洗脱处理，将洗脱碳布后的溶液烘干，得到钴/氧化钴催化剂。
[0009]可选地，所述在碱性环境下使用钴盐、还原剂和碳布制备钴/碳布催化剂的步骤包括：
[0010]将钴盐、氢氧化钠、还原剂和碳布放置于超纯水中，常温下持续搅拌，得到钴/碳布催化剂；
[0011]对所述钴/碳布催化剂进行超声振荡处理，去除氢氧化钠杂质；
[0012]将去除氢氧化钠杂质后的钴/碳布催化剂放置于真空炉中50℃烘干处理2h。
[0013]可选地，所述将所述钴/碳布催化剂高温局部氧化为钴/氧化钴/碳布催化剂的步骤包括：
[0014]将所述钴/碳布催化剂放置于管式炉中，从室温开始加热，加热速率设置为5℃/min；
[0015]在温度上升至500℃之后保温4h，得到钴/氧化钴/碳布催化剂。
[0016]可选地，所述对所述钴/氧化钴/碳布催化剂进行洗脱处理，将洗脱碳布后的溶液
烘干，得到钴/氧化钴催化剂的步骤包括：
[0017]将所述钴/氧化钴/碳布催化剂放置于超声振荡仪中持续振荡2h，过滤出钴/氧化钴溶液；
[0018]将所述钴/氧化钴溶液放置于真空炉中50℃烘干处理3h
‑
5h，制备得到钴/氧化钴催化剂。
[0019]可选地，所述钴盐为氯化钴或醋酸钴。
[0020]可选地，所述还原剂为硼氢化钠或二甲氨基硼氢化锂。
[0021]可选地，所述碳布的尺寸为2cm
×
2cm。
[0022]可选地，所述钴盐和还原剂的比例为1:1
‑
1.5:1。
[0023]此外，为实现上述目的，本专利技术还提供一种用于燃料电池氢燃料的钴/氧化钴催化剂，使用如上文所述的用于燃料电池氢燃料的钴/氧化钴催化剂制备方法制备得到。
[0024]可选地，所述钴/氧化钴催化剂中钴：氧化钴为1:1。
[0025]本专利技术提供的用于燃料电池氢燃料的钴/氧化钴催化剂及其制备方法，使用两步法制备钴/氧化钴催化剂，先使用还原剂将钴盐还原制备钴催化剂，再通过高温氧化局部钴催化剂制备钴/氧化钴催化剂，制备流程简单，钴/氧化钴催化剂中，钴偏向于制氢过程中氢质子吸附，氧化钴偏向于制氢过程中氢质子脱附，使吸脱附过程均衡进行，提高了氢气制备效率。
附图说明
[0026]图1为本专利技术用于燃料电池氢燃料的钴/氧化钴催化剂制备方法一实施例的流程示意图；
[0027]图2为本专利技术钴/氧化钴催化剂的XRD性能图；
[0028]图3为本专利技术实施例1的析氢测试性能图；
[0029]图4为本专利技术对比例1的析氢测试性能图；
[0030]图5为本专利技术对比例2的析氢测试性能图；
[0031]图6为本专利技术对比例3的析氢测试性能图；
[0032]图7为本专利技术对比例4的析氢测试性能图。
[0033]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0035]质子交换膜燃料电池由于其具有能量密度高、环境友好、携带方便等突出优点而被广泛研究，其燃料为氢气清洁能源，然而目前的制氢催化剂稳定性衰减的机理中存在的纳米级催化剂金属粒子中毒、传输受阻及催化剂制备成本高的问题，另外传统催化剂活性较低难以满足实际应用需求，且比表面积较小，活性面积受限，无法实现大批量生产应用。
[0036]电解水制氢的过程中，氢质子吸附和脱附之间的平衡对于制氢效率具有重要影响，催化剂虽然可以促进制氢过程的进行，但是偏向吸附或者脱附之间的任一侧都会导致
制氢效率的降低。
[0037]本专利技术实施例提供了一种用于燃料电池氢燃料的钴/氧化钴催化剂制备方法，参照图1，图1为本专利技术一种用于燃料电池氢燃料的钴/氧化钴催化剂制备方法一实施例的流程示意图。
[0038]本实施例中，所述用于燃料电池氢燃料的钴/氧化钴催化剂制备方法包括：
[0039]步骤S10，在碱性环境下使用钴盐、还原剂和碳布制备钴/碳布催化剂；
[0040]碱性环境可以使用氢氧化钠提供，使用还原剂还原钴盐制备钴催化剂，碳布可以作为载体承载钴催化剂。
[0041]在一些可行的实施例中，在碱性环境下使用钴盐、还原剂和碳布制备钴/碳布催化剂的步骤可以包括：
[0042]步骤a，将钴盐、氢氧化钠、还原剂和碳布放置于超纯水中，常温下持续搅拌，得到钴/碳布催化剂；
[0043]步骤b，对所述钴/碳布催化剂进行超声振荡处理，去除氢氧化钠杂质；
[0044]步骤c，将去除氢氧化钠杂质后的钴/碳布催化剂放置于真空炉中50℃烘干处理2h。
[0045]使用的钴盐可以为氯化钴或醋酸钴，还原剂可以为硼氢化钠或二甲氨基硼氢化锂。钴盐和还原剂的物质的量之比为1:1
‑
1.5:1。将0.3g
‑
0.8g氯化钴、1g
‑
3g氢氧化钠、0.5g
‑
1g硼氢化钠和2cm
×
2cm的碳布放置于100mL超纯水水中，常温持续搅拌1h，制备出钴/碳布催化剂。将钴/碳布催化剂放入超纯水中进行超声振荡洗涤30min，去除氢氧化钠杂质。洗涤过的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池氢燃料的钴/氧化钴催化剂制备方法，其特征在于，所述用于燃料电池氢燃料的钴/氧化钴催化剂制备方法包括以下步骤：在碱性环境下使用钴盐、还原剂和碳布制备钴/碳布催化剂；将所述钴/碳布催化剂高温局部氧化为钴/氧化钴/碳布催化剂；对所述钴/氧化钴/碳布催化剂进行洗脱处理，将洗脱碳布后的溶液烘干，得到钴/氧化钴催化剂。2.如权利要求1所述的用于燃料电池氢燃料的钴/氧化钴催化剂制备方法，其特征在于，所述在碱性环境下使用钴盐、还原剂和碳布制备钴/碳布催化剂的步骤包括：将钴盐、氢氧化钠、还原剂和碳布放置于超纯水中，常温下持续搅拌，得到钴/碳布催化剂；对所述钴/碳布催化剂进行超声振荡处理，去除氢氧化钠杂质；将去除氢氧化钠杂质后的钴/碳布催化剂放置于真空炉中50℃烘干处理2h。3.如权利要求1所述的用于燃料电池氢燃料的钴/氧化钴催化剂制备方法，其特征在于，所述将所述钴/碳布催化剂高温局部氧化为钴/氧化钴/碳布催化剂的步骤包括：将所述钴/碳布催化剂放置于管式炉中，从室温开始加热，加热速率设置为5℃/min；在温度上升至500℃之后保温4h，得到钴/氧化钴/碳布催化剂。4.如权利要求1所述的用于燃料电池氢燃料的钴/氧化钴催化剂制备方法，其特征在于，所述对所述钴/氧化钴/碳布催化剂进行洗脱处理，将洗脱...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔鹏，文龙，吴海荣，欧腾蛟，曹桂军，
申请(专利权)人：深圳深科鹏沃科技有限公司，
类型：发明
国别省市：