石墨烯沾附塑料負載PdNi過氧化氫電還原催化劑的制備方法
【專利摘要】本發明提供的是一種石墨烯沾附塑料負載PdNi過氧化氫電還原催化劑的制備方法。將耐堿性雙面膠帶的一面貼于塑料表面；將石墨烯按15-20mg·cm-2涂覆于雙面膠帶的另一面；采用6-10MPa壓力將石墨烯壓實；將沾附石墨烯的塑料置于每升含5gNiCl2和1gNH4Cl的水溶液中，先在1.0V電壓下活化下5min，進而在-1V下進行鎳的電沉積下保持1～1.5小時；將制備好的沾附石墨烯的塑料鎳基體置于含1mmol·mL-1的PdCl2溶液中3-5min。本發明的實質是采用過氧化氫基燃料電池等的電池結構，以石墨烯沾附塑料負載PdNi為催化劑，構成燃料電池的陰極。解決了過氧化氫基燃料電池陰極活性差的問題。
【專利說明】石墨烯沾附塑料負載PdNi過氧化氫電還原催化劑的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種過氧化氫電還原催化劑的制備方法。
【背景技術】
[0002]傳統的燃料電池需要O2為氧化劑，但是由于體積能量密度低的原因，應用范圍受到了限制。使用液體氧化劑被認為是提高能量密度的有效途徑。美國國家航空航天局、美國伊利諾伊大學、英國海軍研究部以及防務科學和技術實驗室等近年來開始重點支持以H2O2為氧化劑的燃料電池的研究，這首先是因為H2O2為液體，整個電池系統會顯得更加緊湊、方便和易于操作；其次，以H2O2為氧化劑的燃料電池的理論電壓和比能量高，可解決目前各類電池能量密度低的問題；第三，以H2O2為氧化劑的燃料電池可用做無氧條件下的電源。這些突出優點可使以H2O2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。
[0003]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H2O2直接電還原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。金屬集流體還會催化H2O2分解，降低了 H2O2的利用率。H2O2直接電還原還存在H2O2電還原活性不高的問題,直接電還原反應如(I)式所示:
[0004]H02>H20+2e — 20Hads>0r (I)
[0005]可參閱 Kui Cheng, Fan Yang, Guiling Wang, Jinling Yin and Dianxue Ca0.Facile synthesis of porous(Co, Mn) 304nanowires free-standing on a Ni foam andtheir catalytic performance for H202electroreduct1n.Journal of MaterialsChemistry A, 2013, I, 1669-1676 ;曹殿學,楊帆，郭芬，肖雪，劉冉，王貴領，無碳無粘結劑的全金屬三維多孔H2O2電氧化催化電極的制備方法[P].中國專利文獻:CN103346332A，2013-10-09以及聞鵬，田永梅，包彥彥，曹殿學，王貴領.Laa6Sra4C0(U^t H2O2電還原的性能研究.電源技術，2013，37 (9): 1544-1545，1598。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種能提高過氧化氫電還原性能的石墨烯沾附塑料負載PdNi過氧化氫電還原催化劑的制備方法。
[0007]本發明的目的是這樣實現的:
[0008]將耐堿性雙面膠帶的一面貼于塑料表面；將石墨烯按15_20mg.cm_2涂覆于雙面膠帶的另一面；采用6-10MPa壓力將石墨烯壓實；將沾附石墨烯的塑料置于每升含5gNiCl2和IgNH4Cl的水溶液中，先在1.0V電壓下活化下5min，進而在-1V下進行鎳的電沉積下保持I~1.5小時；將制備好的沾附石墨烯的塑料鎳基體置于含Immol -πι1的PdCl2溶液中3-5min,即得到石墨烯沾附塑料負載PdNi催化劑。
[0009]所述塑料為聚乙烯塑料、聚苯乙烯塑料、聚丙烯塑料或聚酰胺塑料以及它們的衍生塑料。
[0010]本發明是一種將Ni電沉積于導電石墨烯表面，再以Pd置換部分Ni制備石墨烯沾附塑料負載PdNi催化劑，提高過氧化氫電還原性能的方法。本發明克服了集流體在堿性溶液中不穩定，以及過氧化氫分解等缺點，解決了過氧化氫基燃料電池陰極活性差的問題。
[0011]本發明的實質是采用過氧化氫基燃料電池等的電池結構，以石墨烯沾附塑料負載PdNi為催化劑，構成燃料電池的陰極。
[0012]本發明的優點在于利用石墨烯沾附塑料負載PdNi催化劑作為過氧化氫直接電還原的催化劑，首先是在電場作用下，PdNi納米顆粒可定位于石墨烯層間，與PdNi形成塑料-石墨烯-PdNi的交聯化合物，不僅比表面大，導電性好，而且PdNi納米顆粒不團聚，提高了電催化活性。其次，石墨烯沾附塑料負載PdNi催化劑在堿性介質中穩定性強，不溶解，不催化分解過氧化氫，克服了金屬集流體在堿性溶液中不穩定以及過氧化氫分解的弱點，提高了 H2O2的利用率。第三，不使用粘結劑和導電劑，減小了歐姆電阻，解決了過氧化氫基燃料電池陰極活性差的問題。第四，塑料較金屬柔性好，可隨電解液流動變形，減小了電解液流動的阻力。
【具體實施方式】
[0013]下面舉例對本發明做更詳細的描述。
[0014](I).取普通的塑料紙一張(廢舊的塑料方便面袋，塑料食品袋等均可)；(2).取耐堿性雙面膠帶，將一面貼于塑料袋表面；(3).將石墨烯按15-20mg.cm_2涂覆于雙面膠帶的另一面；(4).采用6-10MPa壓力將石墨烯壓實；(5).將沾附石墨烯的塑料置于每升含5gNiCl2和IgNH4Cl的水溶液中，先在1.0V電壓將電極活化下5min，進而在-1V下進行鎳的電沉積下保持I~1.5小時；(6).將制備好的沾附石墨烯的塑料鎳電極基體置于含Immol.mL—1的PdCl2溶液中3_5min,即得到石墨烯沾附塑料負載PdNi催化劑。
[0015]為了更好地說明本發明工藝的效果，下面以具體實例加以說明。
[0016]應用實施例1
[0017]以石墨烯沾附塑料負載PdNi為工作電極，碳棒為對電極，以Ag/AgCl為參比電極，在2mol/L的NaOH和0.40mol/L的H2O2白勺溶液中，-0.4V vs.Ag/AgCl白勺電壓下，計時電流密度達 380mA/cm2。
[0018]應用實施例2
[0019]利用石墨烯沾附塑料負載PdNi作為H2O2直接電還原的陰極，以3mol/L的KOH作為陰極電解液；Nafin-115質子交換摸作為隔膜；以泡沫鎳上負載的納米Pt為陽極，以3mol/L的KOH為陽極電解質溶液，lmol/L的硼氫化鈉為燃料；當H2O2濃度為0.6mol/r\ KOH濃度為311101/171時電池的最大功率密度為572mW/cm_2。
[0020]應用實施例3
[0021]利用石墨烯沾附塑料負載PdNi作為H2O2直接電還原的陰極，以3mol/L的KOH作為陰極電解液；Nafin-115質子交換摸作為隔膜；以金屬Al片極，以6mol/L的KOH為陽極電解質溶液；當H2O2濃度為0.6mol/L\ KOH濃度為3mol/L時電池的最大功率密度為689mW/
cm2 。
【權利要求】
1.一種石墨烯沾附塑料負載PdNi過氧化氫電還原催化劑的制備方法，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15-20mg.cm-2涂覆于雙面膠帶的另一面；采用6-10MPa壓力將石墨烯壓實；將沾附石墨烯的塑料置于每升含58附(:12和IgNH4Cl的水溶液中，先在1.0V電壓下活化下5min，進而在-1V下進行鎳的電沉積下保持I?1.5小時；將制備好的沾附石墨烯的塑料鎳基體置于含Immol.mL—1的PdCl2溶液中3_5min。
2.根據權利要求1所述的石墨烯沾附塑料負載PdNi過氧化氫電還原催化劑的制備方法，其特征是:所述塑料為聚乙烯塑料、聚苯乙烯塑料、聚丙烯塑料或聚酰胺塑料以及它們的衍生塑料。
【文檔編號】H01M4/88GK104078689SQ201410323848
【公開日】2014年10月1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, 張棟銘, 李一舉, 曹殿學, 閆鵬, 王濱 申請人:哈爾濱工程大學