無金屬的磷摻雜石墨烯過氧化氫還原催化劑及制備方法
【專利摘要】本發明提供的是一種無金屬的磷摻雜石墨烯過氧化氫還原催化劑及制備方法。按照三苯基膦與石墨烯的質量比4～7:96～93的比例將三苯基膦與石墨烯混均，放入加入爐中，通氬氣10min，在氬氣保護下在900-1000℃反應5-6h，氬氣保護下冷卻至室溫。本發明以多電子磷取代碳形成P-C鍵，有利于吸附H2O2，形成了H2O2電還原的活性中心。磷摻雜石墨烯催化劑不僅電化學活性高，而且穩定性好，抗毒化能力強。由于沒有貴金屬或過渡金屬的存在，可抑制H2O2水解反應的發生，減少氧氣的產生。大大提高H2O2的電氧化性能和利用率。
【專利說明】無金屬的磷摻雜石墨烯過氧化氫還原催化劑及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及的是一種過氧化氫還原催化劑，本發明還涉及的是一種過氧化氫還原 催化劑的制備方法。
【背景技術】
[0002] 傳統的燃料電池通常以空氣中的氧為氧化劑，但是由于空氣中有限的含氧量和氧 氣在溶液中的溶解度，直接限制了電池的陰極活性；并且在無氧條件下，氣態氧攜帶存儲困 難，增加了電池本身系統的復雜性。然而，以過氧化氫為氧化劑的新型燃料電池，由于標準 狀態下，過氧化氫為液體，不僅易于攜帶存儲，還可以任意濃度加入到電池內部，簡化系統 構造，增加電池活性，已廣泛應用于水下和太空作業中。利用過氧化氫取代氧氣作為氧化 劑具有以下優點：氧氣還原是一個4電子過程，動力學速率慢，而過氧化氫的還原是一個2 電子過程，具有較低的活化過電勢，因此具有更快的反應動力學速率；過氧化氫常溫下是液 體，儲存運輸方便，特別適合空間、水下等無氧環境；液相進料使得以過氧化氫為氧化劑的 燃料電池在操作過程中不需要潤濕過程，因此燃料電池結構更簡單，體積功率密度更大。在 堿性電解液中過氧化氫作為陰極氧化劑可以發生以下還原反應：
[0003] 堿性介質：H202+2e = 20Γ (1)
[0004] 目前，用于過氧化氫電還原催化劑主要有：（1)貴金屬及其合金；（2)過渡金屬氧 化物，如四氧化三鈷、偏鈷酸鎳等；(3)過渡金屬的大環化合物，如鐵卟啉、普魯士藍、酞菁 鈷。無論是貴金屬，過渡金屬氧化物，還是過渡金屬的大環化合物催化劑，H 202的電還原催 化劑，都有一定組分的貴金屬或過渡金屬存在。也可以說，H20 2的電還原催化劑的主要成分 為貴金屬或過渡金屬。貴金屬或過渡金屬催化劑都存在兩個問題，一是電還原性能不佳，二 是水解為氧氣逸出，參見（2)式。這導致了 H202電還原性能低和利用率低的問題。
[0005] 2H2〇2 = 2H20+〇2 (2)
[0006] 可參閱 Fan Yang, Kui Cheng, Ke Ye, Xue Xiao, Fen Guo, Guiling Wang, Dianxue Cao. Au-and Pd-modified porous Co film supported on Ni foam substrate as the high performance catalysts for H202electroreduction. Journal of Power Sources, 2014, 257:156-162,以及聞鵬，田永梅，包彥彥，曹殿學，王貴領.LaQ.6Sra4Co0 3催 化H202電還原的性能研究·電源技術，2013, 37 (9) : 1544-1545, 1598。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在于提供一種能提高H202的電氧化性能和利用率的無金屬的磷摻 雜石墨烯過氧化氫還原催化劑。本發明的目的還在于提供一種無金屬的磷摻雜石墨烯過氧 化氫還原催化劑的制備方法。
[0008] 本發明的無金屬的磷摻雜石墨烯過氧化氫還原催化劑由質量比為4?7:96?93 的二苯基勝和石墨稀制成。
[0009] 也可以用碳納米管、多孔炭替換石墨烯。
【權利要求】
1. 一種無金屬的磷摻雜石墨烯過氧化氫還原催化劑，其特征是由質量比為4?7:96? 93的二苯基勝和石墨稀制成。
2. -種無金屬的磷摻雜石墨烯過氧化氫還原催化劑的制備方法，其特征是：按照三苯 基膦與石墨烯的質量比4?7:96?93的比例將三苯基膦與石墨烯混均，放入加入爐中，通 氬氣lOmin，在氬氣保護下在900-KKKTC反應5-6h，氬氣保護下冷卻至室溫。
【文檔編號】H01M4/90GK104084225SQ201410298769
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】王貴領, 蔡莊, 宋聰穎, 曹殿學, 王濱 申請人:哈爾濱工程大學