一種碳纖維負載CoWP催化劑及制備方法與流程

本發明涉及一種碳纖維負載cowp催化劑及制備方法，具體是一種基于碳纖維布負載非貴金屬合金并用于硼氫化鈉溶液水解制氫的催化劑及其制備方法，屬于氫能及燃料電池技術領域。

背景技術：

隨著全球工業化的發展，人們對能源的需求越來越高，但是傳統能源已經很難滿足工業的需求，為了應對這一問題，不少科學家都把目光投向了氫能源。

氫能一般是通過氫氣和氧氣發生反應從而釋放能量。氫能是氫的化學能，氫往往是以化合態的形式存在于地球上，也是宇宙中廣泛存在的物質，宇宙質量中有百分之七十五與氫有關，可以說有很大的發展前景。

能源是我們人類生產力得以發展的必需品，而傳統能源往往污染較大，但是氫能卻與傳統能源相反，它以清潔著稱，不僅如此氫能在大自然中儲量豐富，可以減輕傳統能源的壓力，而且可以保護環境。作為能源，氫能具有以下特點：

1.氫幾乎沒有毒害，燃燒氫氣時雖然會產生物質，但是那些物質對于人類生活是基本沒有毒的。所以相較于其他能源，氫能是綠色的能源。與此同時，通過一些化學處理，氮化氫是可以對環境無害。

2.有許多方式都能使用氫能，氫能可以在電動機中做功，并且也可以做成燃料電池供無人機使用，同時使用氫能的技術簡單便利，沒有太多復雜的工序。

3.氫質量小，氫可以以多種方式存在，固態，液態都可以，并且儲備充足。

產氫技術目前已有不少，但大體還不完善。水解產氫雖然簡單，但是能耗非常高，需要的很大的成本，所以只有少數情況下才會使用，比如氯堿工業。化工廠和一些化工過程中也會生產一些氫氣，但這些都不是目前的生產氫的主流方式，所以我們研究關于硼氫化鈉水解產氫的催化劑是有意義的。

本專利以硼氫化鈉水解產氫，在室溫下，氫氣可以通過硼氫化鈉水解來制得，若要加快產氫速度，則需要在產氫液中放入一些特定催化劑，而本專利就是圍繞不同電沉積條件下制備的碳纖維催化劑對產氫速度的影響。同時加入催化劑硼氫化鈉產氫優勢明顯，不僅反應簡單，容易控制，而且生產的氫氣純度高，且制備氫氣過程中非常安全。

許多金屬都可以作為硼氫化鈉水解產氫的催化劑，例如，ru、pt、pt–pd，合金負載型和非負載型是貴金屬催化劑的主要兩個類型，而可以作為產氫催化劑的貴重金屬往往是過渡和鉑系金屬。由于貴金屬催化劑往往比較昂貴，且副產物一般無法循環使用，所以并不利于工業生產，于是不少專家學者研究了其他方法制備產氫催化劑，有不少非貴金屬也可以作為產氫催化劑，而本專利是以碳纖維為載體，將鈷，鎢，磷等元素通過電沉積鍍在碳纖維上，將其制作成產氫催化劑。

技術實現要素：

本發明目的在于提供一種碳纖維負載cowp催化劑及制備方法(以下統稱cowp/cc)，該催化劑是由碳纖維布和表面鈷、鎢、磷組成，通過電沉積法將三種元素負載于碳纖維表面，具有成本低、高產氫速率、性能穩定等催化性能。

本發明通過以下技術方案實現：

一種碳纖維負載cowp/cc催化劑的制備方法，包括以下步驟：

（1）碳纖維布的預處理

將碳纖維布浸泡在無水乙醇中，于30-60℃下超聲波機械振蕩10-30min，充分清洗其表面油污，將乙醇浸泡后的碳纖維布用去離子水超聲，然后浸在0.01mol/l的鹽酸中磁力攪拌5-10min。用去離子水超聲振蕩清洗10-30min，以除其表面的氧化物；

（2）電沉積1

將碳纖維浸漬于氯化鈷，硼酸混合溶液中，溫度30-60℃電流密度0.1-5a/cm2條件下進行電沉積5-30mins，將碳纖維取出，去離子水沖洗干凈；

（3）浸漬

將經過電沉積1的碳纖維放入氯化鈷溶液中浸漬0.5-3小時；

（4）電沉積2

將碳纖維浸漬于0.01-5m鎢酸鈉，0.1-2m次亞磷酸鈉混合溶液中，溫度30-60℃電流密度0.1-5a/cm2條件下進行電沉積5-30min，將碳纖維取出，去離子水，無水乙醇沖洗干凈；

（5）烘干

將經過電沉積2的碳纖維放入50℃干燥箱烘干12小時。

進一步的，電沉積1和電沉積2過程中的溫度為40-50℃。

進一步的，電沉積1和電沉積2過程中的電流密度0.5-2a/cm2。

一種碳纖維負載cowp/cc催化劑，碳纖維是多孔分布，面密度為150-300g/m²

本發明的有益效果：本發明的cowp/cc催化劑具有產氫率較高、分布致密、性能穩定等優點。利用電沉積法制備合金催化劑，并將其用于硼氫化鈉水解制氫氣的催化反應，制備的氫氣可以充當質子交換膜燃料電池的氫源。通過改變鍍液的ph值、電流密度，沉積時間，溶液濃度等工藝參數，考察了各項工藝參數對制氫速率的影響。實驗發現，隨著鍍液中的元素p含量的變化，載體表面得到具有不同形貌的催化劑顆粒。同樣考察了電流密度和沉積時間對制氫速率的影響。

附圖說明

如圖1所示，為本發明中電沉積法制備cowp/cc催化劑的sem照片。

圖2是催化劑cowp/cc的xrd圖譜。

圖3是在制備cowp/cc催化劑過程中不同p元素含量對硼氫化鈉制氫速率的影響規律。

圖4是在cowp/cc催化劑在硼氫化鈉制氫過程中性能穩定性的測試結果。

具體實施方式

實施例1

將碳纖維布浸泡在無水乙醇中，于25℃下超聲波機械振蕩10min，然后浸在0.01m的鹽酸中磁力攪拌5min。用去離子水超聲振蕩清洗10min。

電沉積1中將碳纖維浸漬于氯化鈷，硼酸混合溶液中，溫度40℃電流密度900ma/cm2條件下進行電沉積10、20、30、40mins，將碳纖維取出，去離子水沖洗干凈。

將經過電沉積1的碳纖維放入氯化鈷溶液中浸漬2.5小時。

將碳纖維浸漬于0.05m鎢酸鈉，0.1m次亞磷酸鈉混合溶液中，溫度50℃電流密度600ma/cm2條件下進行電沉積10min，將碳纖維取出，去離子水，無水乙醇沖洗干凈。

將經過電沉積2的碳纖維放入50℃干燥箱烘干12小時。

實施例2

將碳纖維布浸泡在無水乙醇中，于25℃下超聲波機械振蕩10min，然后浸在0.01m的鹽酸中磁力攪拌5min。用去離子水超聲振蕩清洗10min。

電沉積1中將碳纖維浸漬于氯化鈷，硼酸混合溶液中，溫度40℃電流密度300、500、700、900ma/cm2條件下進行電沉積20mins，將碳纖維取出，去離子水沖洗干凈。

將經過電沉積1的碳纖維放入氯化鈷溶液中浸漬2.5小時。

將碳纖維浸漬于0.05m鎢酸鈉，0.1m次亞磷酸鈉混合溶液中，溫度50℃電流密度600ma/cm2條件下進行電沉積10min，將碳纖維取出，去離子水，無水乙醇沖洗干凈。

將經過電沉積2的碳纖維放入50℃干燥箱烘干12小時。

實施例3

將碳纖維布浸泡在無水乙醇中，于25℃下超聲波機械振蕩10min，然后浸在0.01m的鹽酸中磁力攪拌5min。用去離子水超聲振蕩清洗10min。

電沉積1中將碳纖維浸漬于氯化鈷，硼酸混合溶液中，溫度40℃電流密度900ma/cm2條件下進行電沉積20mins，將碳纖維取出，去離子水沖洗干凈。

將經過電沉積1的碳纖維放入氯化鈷溶液中浸漬0.5、1、1.5、2、2.5小時。

將碳纖維浸漬于0.05m鎢酸鈉，0.1m次亞磷酸鈉混合溶液中，溫度50℃電流密度600ma/cm2條件下進行電沉積10min，將碳纖維取出，去離子水，無水乙醇沖洗干凈。

將經過電沉積2的碳纖維放入50℃干燥箱烘干12小時。

實施例4

將碳纖維布浸泡在無水乙醇中，于25℃下超聲波機械振蕩10min，然后浸在0.01m的鹽酸中磁力攪拌5min。用去離子水超聲振蕩清洗10min。

電沉積1中將碳纖維浸漬于氯化鈷，硼酸混合溶液中，溫度40℃電流密度900ma/cm2條件下進行電沉積20mins，將碳纖維取出，去離子水沖洗干凈。

將經過電沉積1的碳纖維放入氯化鈷溶液中浸漬2.5小時。

將碳纖維浸漬于0.05m鎢酸鈉，0.1m次亞磷酸鈉混合溶液中，溫度50℃電流密度600ma/cm2條件下進行電沉積5、10、15、20min，將碳纖維取出，去離子水，無水乙醇沖洗干凈。

將經過電沉積2的碳纖維放入50℃干燥箱烘干12小時。