【技术实现步骤摘要】
本申请实施例涉及燃料电池阴极催化剂，特别是涉及一种用于燃料电池阴极的一维中空非贵金属氧还原催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、可持续能源经济的发展需要新能源技术的不断突破，如电解水装置、燃料电池和锌-空电池。质子交换膜燃料电池近年来因其低成本、环保、安全性高、理论能量密度高而受到了广泛的关注。然而，质子交换膜燃料电池(pemfc)阴极氧还原反应(oxygenreductionreaction,orr)的速率缓慢严重阻碍了大规模的应用。到目前为止，铂基催化剂仍然是orr最有效的催化剂，但其工业应用成本高，耐用性差。因此，各种具有高活性和稳定性的过渡金属基和无金属催化剂作为贵金属基催化剂的潜在替代品得到了广泛的探索和应用。
2、如今，原子级分散的m-n-c催化剂在活性方面取得了一定的进展，但仍然存在一些挑战，这些挑战限制了其完全满足需求。其中一个挑战是催化剂的结构不稳定性，这可能会限制催化剂的寿命和效率。此外，一系列碳载体比表面积低，活性位点不够丰富，也限制了催化剂的发展。相比于传统的平面或球形催化剂，一维中空结构催化剂具有独特的优势。首先，它们具有更高的比表面积和更多的活性位点，能够增强催化反应的速率，从而提高电催化活性。其次，由于一维中空结构催化剂的比表面积更大，所以在相同的催化条件下，需要的催化剂用量更少，可以降低成本并提高效率。此外，一维中空结构催化剂的结构更加稳定，可以避免催化剂在反应中的聚集和失活，从而提高催化剂的稳定性和寿命。最后，在传质方面，一维中空结构催化剂的内部空腔可以优化燃料电池中的质子传输效
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请实施例提供一种用于燃料电池阴极的一维中空非贵金属氧还原催化剂及其制备方法和应用，能够有效克服上述现有技术所存在的缺陷。
2、本申请实施例第一方面提供一种用于燃料电池阴极的一维中空非贵金属氧还原催化剂的制备方法，包括以下步骤：
3、将se纳米线分散于缓冲溶液或去离子水中，超声搅拌，加入非贵金属源、氮源和碳源，搅拌均匀，得到产物，洗涤、干燥后在惰性气氛下进行第一次热处理；然后酸洗、水洗、干燥后在惰性气氛下进行第二次热处理，制得非贵金属氧还原催化剂材料。
4、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述se纳米线的制备过程为：将seo2和β-环糊精溶于中，搅拌均匀，加入抗坏血酸溶液，反应一段时间后，离心、洗涤并收集产物，然后将产物重新分散于乙醇中进行老化，干燥后得到se纳米线。
5、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述第一次热处理的温度为700-900℃，第一次热处理的时间为0.5-1h。
6、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述第二次热处理的温度为700-900℃，第二次热处理的时间为2-4h。
7、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述缓冲溶液为三羟甲基氨基甲烷盐酸盐。
8、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述酸洗的条件为：采用120ml的0.5mh2so4溶液，在100℃条件下酸洗12h。
9、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述吡咯和苯胺的混合溶液中吡咯:苯胺的摩尔比为1:1。
10、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述非贵金属源为fecl3或co(no3)2·6h2o；所述氮源为单氰氨或吡咯；所述碳源为盐酸多巴胺或苯胺。
11、本申请实施例第二方面还提供一种非贵金属氧还原催化剂，由上述的制备方法制备得到，具有一维中空纳米管结构。
12、本申请实施例第三方面还提供上述的制备方法所制得的材料作为氧还原催化剂。
13、本申请实施例与现有技术相比，具有如下有益效果：
14、本申请从碳载体的孔隙和比表面积方面入手，选择se纳米线作为自牺牲模板，制造具有高比表面积和多尺度孔隙的一维中空结构金属-氮-碳催化剂；整个过程不需要任何软/硬模板、有机溶剂和活化程序的帮助，因此合成路线生态友好、制备的工艺程序简单，可以等比例量化操作为高效氧还原催化剂商业化大规模生产提供良好的平台。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种用于燃料电池阴极的一维中空非贵金属氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池阴极的一维中空非贵金属氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述Se纳米线的制备过程为：将SeO2和β-环糊精溶于中，搅拌均匀，加入抗坏血酸溶液，反应一段时间后，离心、洗涤并收集产物，然后将产物重新分散于乙醇中进行老化，干燥后得到Se纳米线。
3.根据权利要求1所述的用于燃料电池阴极的一维中空非贵金属氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述第一次热处理的温度为700-900℃，第一次热处理的时间为0.5-1h。
4.根据权利要求1所述的用于燃料电池阴极的一维中空非贵金属氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述第二次热处理的温度为700-900℃，第二次热处理的时间为2-4h。
5.根据权利要求1所述的用于燃料电池阴极的一维中空非贵金属氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述缓冲溶液为三羟甲基氨基甲烷盐酸盐。
6.根据权利要求1所述的用于燃料电池阴极的一维中空非贵金属氧还原催化剂的制备方法，其特征
7.根据权利要求1所述的用于燃料电池阴极的一维中空非贵金属氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述吡咯和苯胺的混合溶液中吡咯:苯胺的摩尔比为1:1。
8.根据权利要求1所述的用于燃料电池阴极的一维中空非贵金属氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述非贵金属源为FeCl3或Co(NO3)2·6H2O；所述氮源为单氰氨或吡咯；所述碳源为盐酸多巴胺或苯胺。
9.一种非贵金属氧还原催化剂，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到，其特征在于，具有一维中空纳米管结构。
10.权利要求1-8中任一项所述的制备方法所制得的材料作为氧还原催化剂。
...【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池阴极的一维中空非贵金属氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池阴极的一维中空非贵金属氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述se纳米线的制备过程为：将seo2和β-环糊精溶于中，搅拌均匀，加入抗坏血酸溶液，反应一段时间后，离心、洗涤并收集产物，然后将产物重新分散于乙醇中进行老化，干燥后得到se纳米线。
3.根据权利要求1所述的用于燃料电池阴极的一维中空非贵金属氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述第一次热处理的温度为700-900℃，第一次热处理的时间为0.5-1h。
4.根据权利要求1所述的用于燃料电池阴极的一维中空非贵金属氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述第二次热处理的温度为700-900℃，第二次热处理的时间为2-4h。
5.根据权利要求1所述的用于燃料电池阴极的一维中空非贵金属氧还原催化剂的制备方法...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。