一种铑-铋阳极催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种铑

【技术实现步骤摘要】
一种铑
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铋阳极催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及燃料电池和能源材料
，尤其涉及一种铑
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铋阳极催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，能源危机对企业生产和居民生活的负面影响日益扩大，人们迫切的需要一种清洁高效的燃料用于替代不可再生的化石能源。燃料电池作为一种新能源技术，能直接将化学能转化为电能，极大的降低了能源转换过程中的损耗。聚合物电介质膜燃料电池PEMFC是其中的一种，直接液体燃料电池DLFC相比于PEMFC而言，具有结构简单，燃料便于运输储存，使用更加安全的特点，适合作为移动式便携电源使用，受到了人们的广泛关注。
[0003]在直接液体燃料电池DLFC中，直接乙醇类燃料电池(DEFCs)由于其比能量高(8.0KWhkgl)、燃料来源广泛等优点，具有十分广阔的应用前景。尽管乙醇氧化反应(EOR)的完整机理尚未弄清，但是人们对双途径机理仍然达成了普遍共识。
[0004]研究表明，双途径机理包含C1途径和C2途径。一个高效的催化剂需要的是将乙醇中C
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C键断裂，通过表面羟基(OH
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)将中间物种氧化，做到乙醇的完全电氧化催化。研究表明，现有的Pt还是Pd，其乙醇氧化活性和C1途径的选择性均难以达到要求。就目前而言，如何发展高效的乙醇电氧化催化剂仍是一个极具挑战的课题。研究人员发现，Rh拥有断裂有机分子C
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C键的能力，这表明，Rh基催化剂具有完全催化氧化乙醇的潜力。但是，Rh本身对于乙醇氧化的活性还太低，同时由于Rh的表面能过高，导致还没有较好的方法用于Rh表面组分的调控工作。
[0005]基于目前的Rh基催化剂存在的缺陷，有必要对此进行改进。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种铑
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铋阳极催化剂及其制备方法和应用，以解决现有技术中Rh基催化剂存在的缺陷。
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种铑
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铋阳极催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将铑盐、铋盐加入至水中，然后加入碳源，分散后，再加入柠檬酸钠和/或草酸钠，得到混合溶液；
[0009]将NaBH4和/或KBH4、NaOH溶于水中，配制得到碱性水溶液；
[0010]将碱性水溶液滴加至混合溶液中，于70～90℃下反应4～8h，过滤得到固体产物，并将固体产物煅烧，即得铑
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铋阳极催化剂；
[0011]或，向混合溶液中加入Na2CO3，于70～90℃下反应1～2h，再加入NaOH调节溶液pH为11～12，最后加入NaBH4溶液，于70～90℃下反应4～8h，过滤得到固体产物，并将固体产物煅烧，即得铑
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铋阳极催化剂。
[0012]优选的是，所述的铑
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铋阳极催化剂的制备方法，所述铑盐包括三氯化铑、硝酸铑、硫酸铑、氯铑酸钠中的至少一种。
[0013]优选的是，所述的铑
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铋阳极催化剂的制备方法，所述铋盐包括硝酸铋、氯化铋、柠檬酸铋中的至少一种。
[0014]优选的是，所述的铑
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铋阳极催化剂的制备方法，所述碳源包括活性炭、碳粉中的至少一种。
[0015]优选的是，所述的铑
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铋阳极催化剂的制备方法，将铑盐、铋盐加入至水中，然后加入碳源，分散后，再加入柠檬酸钠，得到混合溶液；再向混合溶液中加入Na2CO3的步骤中，铑盐、铋盐、碳源、柠檬酸钠、Na2CO3和水的质量比为(5～20):(0.5～2):(10～30):(150～250):(5～20):(20～100)。
[0016]优选的是，所述的铑
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铋阳极催化剂的制备方法，所述将固体产物煅烧的步骤中，煅烧温度为90～110℃、时间为1～3h。
[0017]优选的是，所述的铑
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铋阳极催化剂的制备方法，将NaBH4和/或KBH4、NaOH溶于水中的步骤中，NaBH4和/或KBH4、NaOH和水的质量比为(1～5):(1～3):(800～1200)。
[0018]优选的是，所述的铑
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铋阳极催化剂的制备方法，将铑盐、铋盐加入至水中，然后加入碳源，分散后，再加入柠檬酸钠和/或草酸钠，得到混合溶液的步骤中，铑盐、铋盐、碳源、柠檬酸钠和/或草酸钠、水的质量比为(5～20):(0.5～2):(10～30):(150～250):(20～100)。
[0019]将碱性水溶液滴加至混合溶液的步骤中，碱性水溶液与混合溶液的质量比为(2～6):(3～7)。
[0020]第二方面，本专利技术还提供了一种铑
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铋阳极催化剂，采用所述的制备方法制备得到。
[0021]第三方面，本专利技术还提供了一种所述的制备方法制备得到的铑
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铋阳极催化剂或所述的铑
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铋阳极催化剂在乙醇燃料电池中催化氧化乙醇中的应用。
[0022]本专利技术的铑
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铋阳极催化剂的制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：
[0023]本专利技术的铑
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铋阳极催化剂的制备方法，利用不同的还原次序调控不同Bi组分的合成，并且通过此法构筑了铑铋合金以及铑
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氢氧化铋异质结。利用铋对于贵金属铑产生独特的第三体效应来降低铑的毒化同时大幅提高铑的乙醇氧化活性。本专利技术可通过调控碱与还原剂的加入顺序来定向构筑铑铋合金结构与铑
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氢氧化铋界面结构，通过铋对于铑d带电子云密度的调控，以及铑
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氢氧化铋界面产生的双功能机理和协同作用，提高铑的乙醇电氧化活性。此方法简单、易于操作，适用于工业化制备，也能用于其它体系的研究工作。本专利技术通过在Rh基催化剂表面引入少量Bi组分，以期望来有效调控Rh表面组分工作，同时改善Rh基催化剂用于EOR反应活性低的问题。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术实施例1中制备得到的铑
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铋阳极催化剂的X射线衍射(XRD)图；
[0026]图2为本专利技术实施例1中制备得到的铑
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铋阳极催化剂透射电镜图；
[0027]图3为本专利技术实施例1～2以及对比例1中制备得到的催化剂在碱性条件下乙醇电氧化活性测试图；
[0028]图4为本专利技术实施例1～2以及对比例1中制备得到的催化剂在碱性条件下稳定性测试图；
[0029]图5为本专利技术实施例1中制备得到的铑
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铋阳极催化剂在碱性条件下千圈耐久性测试图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铑
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铋阳极催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将铑盐、铋盐加入至水中，然后加入碳源，分散后，再加入柠檬酸钠和/或草酸钠，得到混合溶液；将NaBH4和/或KBH4、NaOH溶于水中，配制得到碱性水溶液；将碱性水溶液滴加至混合溶液中，于70～90℃下反应4～8h，过滤得到固体产物，并将固体产物煅烧，即得铑
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铋阳极催化剂；或，向混合溶液中加入Na2CO3，于70～90℃下反应1～2h，再加入NaOH调节溶液pH为11～12，最后加入NaBH4溶液，于70～90℃下反应4～8h，过滤得到固体产物，并将固体产物煅烧，即得铑
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铋阳极催化剂。2.如权利要求1所述的铑
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铋阳极催化剂的制备方法，其特征在于，所述铑盐包括三氯化铑、硝酸铑、硫酸铑、氯铑酸钠中的至少一种。3.如权利要求1所述的铑
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铋阳极催化剂的制备方法，其特征在于，所述铋盐包括硝酸铋、氯化铋、柠檬酸铋中的至少一种。4.如权利要求1所述的铑
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铋阳极催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳源包括活性炭、碳粉中的至少一种。5.如权利要求1所述的铑
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铋阳极催化剂的制备方法，其特征在于，将铑盐、铋盐加入至水中，然后加入碳源，分散后，再加入柠檬酸钠，得到混合溶液；再向混合溶液中加入Na2CO3的步骤中，铑盐、铋盐、碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：马亮，肖文贵，陈润，梁洁，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：