【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池催化剂，涉及一种过渡金属β-b型催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、燃料电池是一种高效清洁的电化学装置，可以将氢、天然气、碳氢化合物和硼氢化物等燃料的化学能转化为电能，它具有高效率和较低的温室气体排放。因此，燃料电池被认为是实现能源可持续发展的最有前途的能源转换策略。目前，燃料电池技术已经有了一定的发展。然而，由于大多数催化剂都由贵金属组成，尤其是pt金属，贵金属价格昂贵且含量有限，因此燃料电池催化剂的制备受到了一定的限制。在低温燃料电池(如质子交换膜燃料电池(pemfc))、甲醇燃料电池(dmfc)和硼氢化物燃料电池(dbfc)商业化的道路上，燃料电池的持久性和成本是实现其长期发展和商业化的两个主要挑战。降低电极组件中贵金属的含量可以直接提高电池的成本效益，但也可能会影响电池的性能和长期稳定性。
2、近年来，为了降低催化剂成本并提高其催化性能，主要采用了两种途径：(1)研发铂合金催化剂；(2)开发非铂电催化剂，然而，目前这些燃料电池催化剂的合成方法主要是通过常规化学合成法或高温处理的方式。例如，文献investigation of amorphous coballoy as the anode catalyst for a direct borohydride fuel cell通过硼氢化钾(kbh4)在水溶液中化学还原氯化钴，合成了co-b非晶态合金粉末。文献multi-shapedamorphous alloy ni-b:ultrasonically aided complexing
3、上述的这些方法存在合成步骤相对较复杂、能耗高，成本仍然较高，并且对于提升催化剂的稳定性和活性效果有限。从长远来看，难以实现大规模生产的问题。
技术实现思路
1、为解决上述现有催化剂制备过程复杂、催化活性差以及稳定性较差的技术问题，本专利技术提供一种过渡金属β-b型催化剂及其制备方法和应用。
2、本专利技术将过渡金属盐和硼粉混合后，利用等离子体技术制备得到棒状结构的β-b型催化剂，催化性能高，稳定性好，制备过程简单。本专利技术采用的技术方案具体是：
3、一种过渡金属β-b型催化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、1)将过渡金属盐和硼粉混合，研磨至颗粒均匀得到混合物；所述混合物中过渡金属元素与硼元素的摩尔比为1:(2～18)；
5、2)利用等离子体技术对步骤1)的混合物进行等离子体处理，得到过渡金属β-b型催化剂。
6、进一步限定，所述步骤1)中，过渡金属盐为钌盐、钴盐、镍盐或钯盐。
7、进一步限定，所述钌盐为无水三氯化钌、硝酸钌或硫酸钌；所述钴盐为氯化钴、硝酸钴或硫酸钴；所述镍盐为氯化镍、硫酸镍或硝酸镍；所述钯盐为氯化钯。
8、进一步限定，所述步骤1)中，硼粉的比表面积为6m2/g～16m2/g。
9、进一步限定，所述步骤2)中，等离子体处理的条件为：电压30v～90v，时间5min～30min，温度为常温。
10、利用所述的过渡金属β-b型催化剂的制备方法所制备的过渡金属β-b型催化剂。
11、进一步限定，所述过渡金属β-b型催化剂为棒状结构，过渡金属β-b型催化剂的粒径为20nm～50nm。
12、所述的过渡金属β-b型催化剂作为阳极催化剂在硼氢化物燃料电池中的应用。
13、进一步限定，所述硼氢化物燃料电池的功率密度为121.06mw·cm-2～295mw·cm-2。
14、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
15、1、本专利技术直接将过渡金属盐和硼粉充分研磨混合均匀，再采用低温等离子技术，在高压电场作用下将反应物轰击成离子、原子或是自由基等粒子，使得反应物的结构发生变化，制备方法简单，同时制备得到的催化剂呈现出棒状结构，不仅极大地提升了催化剂的催化性能，还具有很好的稳定性。
16、2、本专利技术的原料采用无定形硼粉，与传统的化学法中使用的硼氢化物或硼酸盐等原料相比，无定形硼粉具有纯度高(大于99％)、粒度小(平均粒径在100nm)，晶形控制好(均为无定形)，活性高等优点，且由于硼粉形状不规则、比表面积较大，在高温时能与氧、氮、氨、硫、卤素及碳相互作用生成各种化合物，还可与许多金属直接化合，生成金属硼化物，也能与有机化合物反应生成有机硼化物，与氢反应则可形成一系列共价氢化物－硼烷，在等离子体处理过程中，硼粉能减少其他元素对所制备得到的β-b型催化剂的影响，更有利于形成高纯度的β-b型催化剂。
17、3、本专利技术制备的催化剂以过渡金属和硼粉组成，且过渡金属和硼元素的摩尔比为1:(2～18)，贵金属的用量大幅度降低，而当前性格优良的铂基催化剂中铂的含量大概在10％左右，过渡金属的价格远远低于铂，使燃料电池成本显著降低，这将有利于促进燃料电池的发展。
18、4、本专利技术的催化剂制备方法简单，易于操作，在常温等离子技术下实现β-b型催化剂的制备，与传统的高温煅烧制备方法相比，常温制备能耗降低，且得到的催化剂效果更好，具有广阔的应用前景。
19、5、本专利技术方法所制备的β-b型催化剂，结构为棒状型，与现有的球形结构、核壳结构或中空结构相比，该结构能够提供更大的反应物接触面积，促进反应物的扩散，提高反应物的传质速率，使催化剂的催化性能提高。尤其是，以碳载氧化铈(ceo2/c)作为直接硼氢化物燃料电池dbfc阴极催化剂，过渡金属β-b型催化剂为阳极催化剂组装的燃料电池，测得燃料电池的最大功率密度可以高达295mw·cm-2，且电化学阻抗小。
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1.一种过渡金属β-B型催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的过渡金属β-B型催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，过渡金属盐为钌盐、钴盐、镍盐或钯盐。
3.根据权利要求2所述的过渡金属β-B型催化剂的制备方法，其特征在于，所述钌盐为无水三氯化钌、硝酸钌或硫酸钌；所述钴盐为氯化钴、硝酸钴或硫酸钴；所述镍盐为氯化镍、硫酸镍或硝酸镍；所述钯盐为氯化钯。
4.根据权利要求1所述的过渡金属β-B型催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，硼粉的比表面积为6m2/g～16m2/g。
5.根据权利要求1所述的过渡金属β-B型催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，等离子体处理的条件为：电压30V～90V，时间5min～30min，温度为常温。
6.利用权利要求1所述的过渡金属β-B型催化剂的制备方法所制备的过渡金属β-B型催化剂。
7.根据权利要求6所述的过渡金属β-B型催化剂，其特征在于，所述过渡金属β-B型催化剂为棒状结构，过渡金属β-B型催化剂的粒径为20nm～50
8.如权利要求6所述的过渡金属β-B型催化剂作为阳极催化剂在硼氢化物燃料电池中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述硼氢化物燃料电池的功率密度为121.06mW·cm-2～295mW·cm-2。
...【技术特征摘要】
1.一种过渡金属β-b型催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的过渡金属β-b型催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，过渡金属盐为钌盐、钴盐、镍盐或钯盐。
3.根据权利要求2所述的过渡金属β-b型催化剂的制备方法，其特征在于，所述钌盐为无水三氯化钌、硝酸钌或硫酸钌；所述钴盐为氯化钴、硝酸钴或硫酸钴；所述镍盐为氯化镍、硫酸镍或硝酸镍；所述钯盐为氯化钯。
4.根据权利要求1所述的过渡金属β-b型催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，硼粉的比表面积为6m2/g～16m2/g。
5.根据权利要求1所述的过渡金属β-b型催化剂的制...
【专利技术属性】
技术研发人员：李赛，廖广宁，辛泽怡，韩锦锦，尚建选，吕晓丽，王亚萌，闫妍，密雅荣，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：
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