石墨烯貼附塑料負載AuCo硼氫化鈉電氧化催化劑的制備方法
【專利摘要】本發明提供的是一種石墨烯貼附塑料負載AuCo硼氫化鈉電氧化催化劑的制備方法。將耐堿性雙面膠帶的一面貼于塑料表面；將石墨烯按10-15mg·cm-2涂覆于雙面膠帶的另一面；采用4-8MPa壓力將石墨烯壓實；將沾附石墨烯的塑料置于每升含6g?Co(NO3)2和1g?NH4Cl的水溶液中，先在1.0V電壓下活化3min，進而在-1V下進行Co的電沉積保持0.5～1.0小時；將制備好的貼附石墨烯的塑料鈷基體置于含0.8mmol·mL-1的AuCl4-溶液中3-5min。本發明的實質是采用硼氫化鈉燃料電池等的電池結構，以石墨烯貼附塑料負載AuCo為催化劑，構成燃料電池的陽極。解決了硼氫化鈉燃料電池陽極催化活性差的問題。
【專利說明】石墨烯貼附塑料負載AuCo硼氫化鈉電氧化催化劑的制備 方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及的是一種硼氫化鈉電氧化催化劑的制備方法。
【背景技術】
[0002] 我國是一個航天大國和海洋大國，空間資源和海洋資源的開發直接關系到可持續 性發展的國家戰略。航天器和水下無人潛器可分別用于空間和海洋的資源勘探，氣象監測， 導航通訊，地貌繪圖和環境研究等，是開發空間資源和海洋資源最重要的載體。由于航天器 和水下無人潛器體積的限制，要求其動力電源具有大的能量密度。目前，大多數動力能源為 銀-鋅電池、鉛-酸電池和鋰離子電池等，然而這些電池的能量密度有限，致使其工作時間 短，燃料電池將是航天器和水下無人潛器向遠程、大范圍作業發展的關鍵。傳統的質子交換 膜燃料電池需要H 2氣做燃料，但是由于體積能量密度低的原因，航天器和水下無人潛器等 裝置的航程和作業范圍受到了限制。
[0003] 使用液體燃料被認為是提高能量密度的有效途徑。直接硼氫化物燃料電池（DBFC) 是以硼氫化物（溶于堿溶液中）為燃料的燃料電池，硼氫化物是含氫量很高的儲氫材料， 氧化動力學快，理論上NaBH 4的直接電氧化為8eT反應，因而具有很高的比容量和比能量 (NaBH4的的氫含量為llwt. %，比能量為9300Wh · kg-1，2850Wh · dm-3)。這些突出優點可使 以直接硼氫化物燃料電池為氧化劑的燃料電池成為新一代空間電源、水下電源、無氧電源 和下一代高能量密度的便攜和移動電源。
[0004] 通常，燃料電池的電極是由催化劑粉末混合聚合物粘結劑、導電碳混合攪拌形成 糊狀，然后涂覆在金屬集流體上干燥得到。這種傳統的制作電極的方式由于引入聚合物粘 結劑，導致有些催化劑不能很好的和電解液接觸，從而引起低的催化劑利用率以及低導電 率等缺點。此外，由于NaBH 4直接電氧化是在堿性條件下運行的，金屬集流體可能與堿發生 反應，形成金屬氧化物層，導致導電性能下降，長時間運行會引起金屬集流體的溶解，甚至 會引起脫落。從而影響電極的性能。NaBH 4直接電氧化還存在NaBH4電氧化活性不高的問 題，理論上NaBH4的直接電氧化可為8eT反應，參見（1)式：
[0005] ΒΗ4>80Γ - B(V+4H20+8e- (1)
[0006] NaBH4也易于發生水解反應，參見（2)式：
[0007] NaBH4+2H20 - 4H2+NaB02 (2)
[0008] 可參閱 Dongming Zhang, Guiling Wang, Kui Cheng, Jichun Huang, Peng Yan, Dianxue Cao. Enhancement of electrocatalytic performance of hydrogen storage alloys by multi-walled carbon nanotubes for sodium borohydride oxidation. Journal of Power Sources，2014, 245:482-486 ;王貴領，張棟銘，李一舉，曹殿學，閆 鵬，劉彤.碳修飾海綿負載鎳硼氫化物燃料電池陽極材料的制備方法[P].中國專利文 獻：CN103400997A，2013-11-20 以及 Kui Cheng，Dianxue Cao, Fan Yang，Dongming Zhang， Peng Yan，Jinling Yin，guiling wang. Pd doped three-dimensional porous Ni film supported on Ni foam and its high performance towards NaBH4electrooxidation. Journal of Power Sources，2013,242:141-147。
【發明內容】
[0009] 本發明的目的在于提供一種能提高硼氫化鈉電氧化性能的石墨烯貼附塑料負載 AuCo硼氫化鈉電氧化催化劑的制備方法。
[0010] 本發明的目的是這樣實現的：
[0011] 將耐堿性雙面膠帶的一面貼于塑料表面；將石墨烯按l〇_15mg μπΓ2涂覆于雙面膠 帶的另一面；采用4-8MPa壓力將石墨烯壓實；將沾附石墨烯的塑料置于每升含6g C〇(N03)2 和lg NH4C1的水溶液中，先在1. OV電壓下活化3min，進而在-IV下進行Co的電沉積保持 0. 5?1. 0小時；將制備好的貼附石墨烯的塑料鈷基體置于含0. 8mmol ^廠1的AuC14_溶液 中3-5min，即得到石墨烯貼附塑料負載AuCo催化劑。
[0012] 所述的塑料為環氧樹脂塑料、酚醛塑料、乙烯塑料、聚苯乙烯塑料、聚四氟乙 烯-乙烯共聚物塑料以及它們的衍生塑料。
[0013] 本發明提供了一種將Co電沉積于導電石墨烯表面，再以Au置換部分Co制備石墨 烯沾附塑料負載AuCo催化劑，提高硼氫化鈉電氧化性能的方法。克服了集流體在堿性溶液 中不穩定，等缺點，解決了硼氫化鈉燃料電池陽極催化活性差的問題。
[0014] 本發明的實質是采用硼氫化鈉燃料電池等的電池結構，以石墨烯貼附塑料負載 AuCo為催化劑，構成燃料電池的陽極。
[0015] 本發明的優點在于利用石墨烯貼附塑料負載AuCo催化劑作為硼氫化鈉直接電氧 化的催化劑，首先是在電沉積電勢的作用下，AuCo納米顆粒可進入石墨烯層間，與AuCo形 成塑料-石墨烯-AuCo的交聯化合物，不僅比表面大，導電性好，而且AuCo納米顆粒被拋錨 定位于石墨烯層間和表面，不團聚，提高了硼氫化鈉的電氧化活性。其次，石墨烯貼附塑料 負載AuCo催化劑在堿性介質中穩定性強，不溶解，克服了金屬集流體在堿性溶液中易氧化 溶解的弱點。第三，陽極催化電極的制備不使用粘結劑和導電劑，減小了歐姆電阻，解決了 硼氫化鈉燃料電池陽極活性差的問題。第四，塑料較金屬集流體易加工，價格低廉，大大降 低了電極制備成本。
【具體實施方式】
[0016] 下面舉例對本發明做更詳細的描述。
[0017] (1).取普通的塑料紙一張；（2).取耐堿性雙面膠帶，將一面貼于塑料表面；（3). 將石墨烯按l〇-15mg ·αιΓ2涂覆于雙面膠帶的另一面；（4).采用4-8MPa壓力將石墨烯壓實； (5).將沾附石墨烯的塑料置于每升含6g C〇(N03)2和lg NH4C1的水溶液中，先在1.0V電壓 將電極活化下3min，進而在-IV下進行Co的電沉積保持0. 5?1. 0小時；（6).將制備好的 貼附石墨烯的塑料鈷電極基體置于含〇. 8mmol · ml/1的AuCV溶液中3-5min，即得到石墨 烯貼附塑料負載AuCo催化劑。
[0018] 載體塑料包括：環氧樹脂塑料、酚醛塑料、乙烯塑料、聚苯乙烯塑料和聚四氟乙 烯-乙烯共聚物塑料，以及其衍生塑料。
[〇〇19] 石墨烯包括各種方法制備石墨烯、氧化石墨烯及其混合物。
【權利要求】
1. 一種石墨烯貼附塑料負載AuCo硼氫化鈉電氧化催化劑的制備方法，其特征是：將耐 堿性雙面膠帶的一面貼于塑料表面；將石墨烯按l〇_15mg · cnT2涂覆于雙面膠帶的另一面； 采用4-8MPa壓力將石墨烯壓實；將沾附石墨烯的塑料置于每升含6g &)(勵3)2和lg NH4C1 的水溶液中，先在1. 〇V電壓下活化3min，進而在-IV下進行Co的電沉積保持0. 5?1. 0小 時；將制備好的貼附石墨烯的塑料鈷基體置于含〇. 8mmol · ml/1的AuCl^溶液中3-5min。
2. 根據權利要求1所述的石墨烯貼附塑料負載AuCo硼氫化鈉電氧化催化劑的制備方 法，其特征是：所述的塑料為環氧樹脂塑料、酚醛塑料、乙烯塑料、聚苯乙烯塑料、聚四氟乙 烯-乙烯共聚物塑料以及它們的衍生塑料。
【文檔編號】H01M4/90GK104091958SQ201410323834
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月9日 優先權日:2014年7月9日
【發明者】王貴領, 王濱, 張棟銘, 曹殿學, 閆鵬, 蔡莊 申請人:哈爾濱工程大學