一種燃料電池陰極催化劑的制作方法
【專利摘要】一種燃料電池陰極催化劑及其制備方法，催化劑成分為L?α?氨基酸負載的納米銀粒子。其制備方法為：首先，將雞蛋蛋清倒入容器中，攪拌至透明狀，然后滴入4～6mol/L的鹽酸溶液，將混合溶液放入蛋白質水解管中，通入氮氣排出空氣，在80～110℃溫度下反應18～24小時，反應結束后，對水解液進行80～90℃的水浴蒸發，除掉鹽酸，之后進行氨基酸含量檢測；接著將氨基酸溶液超聲成均勻漿液，銀前驅體溶液加入其中，用硼氫化鈉溶液在室溫下還原10～24小時，其中前驅體溶液與還原劑體積比為1：8～10，最后過濾、洗滌、干燥，制得L?α?氨基酸負載納米銀燃料電池陰極催化劑。本發明工藝簡單、成本低廉、電催化活性高且環保。
【專利說明】
一種燃料電池陰極催化劑
技術領域
[0001]本發明屬于燃料電池技術領域，特別涉及一種燃料電池用陰極催化劑。
【背景技術】
[0002]多年來人們一直在努力尋找既有較高的能源利用效率又不污染環境的能源利用方式，而燃料電池就是比較理想的發電技術，其因高效、清潔等優點受到了人們廣泛的關注。然而在氧化還原過程中具有高催化活性及穩定性的催化劑是必不可少的。貴金屬催化劑，如Pd和Pt，其優異的催化性能已被人們所熟知。但是，貴金屬的儲量有限，價格相對昂貴，這些缺點大大阻礙了燃料電池的發展與應用。因此，目前有關燃料電池方面的研究大都集中在如何提高催化劑的活性及降低催化劑的成本等方面。目前研究大概分為兩種方向。一種是相對廉價的金屬部分取代純?1:，即制備以？1:-]^(1 = (:0，0，附，Fe)的合金形式做催化劑，或采用Pd 二元和三元合金催化劑，但這依然不能避免價格和產量因素;一種方式則是發展堿性燃料電池或采用堿性電解液的金屬空氣電池，因為堿性溶液中的空氣電極催化劑可以完全不用Pt，而采用如Ag、MnOx、金屬氮化物和復合金屬氧化物等廉價材料。
[0003]Ag被認為是最有希望取代Pd和Pt的堿性燃料電池陰極催化劑。它成本低廉，質量密度小，比面積大，有利于增大表觀總電流，故導電性好，能極大促進氧化還原過程中發生的四電子反應，提高了催化效率，且應用范圍廣。故目前國內外課題組對銀基氧還原催化材料的研究取得了很大的進展，主要包括以下幾個方面:純銀、碳載銀、銀復合催化劑、銀合金、銀-過渡金屬氧化物。載體大多采用碳纖維材料，碳黑，石墨烯，碳納米管等。但碳基的催化劑更易發生兩電子反應，形成中間產物，因而降低催化速率。南京工業大學課題組的發明涉及一種質子交換膜燃料電池碳載金屬電催化劑的制備方法，活性組分為Pt-Ag-Co(CN104707625A)。該催化劑活性高，成本較低。但實驗步驟較為復雜，實驗用劑對人體有害。華南理工大學課題組的發明涉及一種質子交換膜燃料電池用鐵氮共摻雜多孔碳催化劑及其制備方法(CN 105226298A)。該催化劑制備方法簡單，催化活性高。但原料復雜，不環保。
【發明內容】
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[0004]本發明的目的在于提供一種工藝簡單、成本低廉、催化性能好、環保的燃料電池陰極催化劑。
[0005]本發明的燃料電池陰極催化劑是一種L-α-氨基酸負載納米銀粒子的催化劑。
[0006]上述燃料電池陰極催化劑的制備方法:
[0007](I)按每毫升鹽酸溶液加入0.5?5mg雞蛋蛋清的比例，將雞蛋蛋清倒入容器中，攪拌至透明狀，然后滴入濃度為4?6mol/L的鹽酸溶液中，將混合溶液放入蛋白質水解管中，通入氮氣排出空氣，在80?110 °C溫度下反應18?24小時;然后對水解液進行80?90 °C的水浴蒸發，除掉鹽酸，得到氨基酸溶液，之后進行氨基酸檢測，以確保蛋白質90?100%分解為L-α-氨基酸；
[0008](2)將步驟(I)的氨基酸溶液超聲成均勻漿液，按氨基酸漿液與AgNO3前驅體溶液的體積比=0.5?1:1的比例，將濃度為0.0015mol/L的AgNO3前驅體溶液加入氨基酸漿液中，再按AgNO3前驅體溶液與還原劑硼氫化鈉溶液體積比=1:8?10的比例，將濃度為2mol/L硼氫化鈉溶液加入AgNO3前驅體溶液與氨基酸漿液混合液中，在室溫下還原10?24小時；然后過濾、洗滌、干燥，制得L-α-氨基酸負載納米銀燃料電池陰極催化劑。
[0009]本發明與現有技術相比具有如下優點:
[0010]1、成本低廉，減少了貴重金屬的用量。
[0011 ] 2、催化活性高。Ag-N鍵的形成提高了催化活性。
[0012]3、制備方法簡單、易行，制備過程中使用的溶劑、還原劑安全、無毒，對環境無污染。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明實施例1制得的燃料電池陰極催化劑與Pt/C的ORR性能對比圖。
[0014]圖2是本發明實施例2制得的燃料電池陰極催化劑與Pt/C的ORR性能對比圖。
[0015]圖3是本發明實施例3制得的燃料電池陰極催化劑與Pt/C的ORR性能對比圖。
【具體實施方式】
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[0016]實施例1
[0017](I)取5mg的雞蛋蛋清裝入燒杯中，用玻璃棒攪拌至透明狀，然后滴入1mL濃度為6mol/L的鹽酸，放入蛋白質水解管中，入氮氣排空氣，110°C反應24小時，反應結束后，對水解液進行800C的水浴蒸發，除掉鹽酸，得到氨基酸溶液，之后進行氨基酸檢測，100%的蛋白質已分解為L-α-氨基酸。
[0018](2)將氨基酸溶液超聲成均勻漿液，將13mL濃度為0.0015mo VL的AgNO3前驅體溶液加入13mL氨基酸楽液中，再加入104mL濃度為2mol/L的硼氫化鈉溶液，在室溫下還原10小時而后過濾、用去離子水洗滌至中性、干燥，得到氨基酸負載銀燃料電池陰極催化劑。將該催化劑負載到玻碳電極上進行催化測試，結果如圖1所示，制得的燃料電池陰極催化劑的起始電位為I.09V,大于Pt/C的起始電位，催化活性好。
[0019]實施例2
[0020](I)取Img的雞蛋蛋清裝入燒杯中，用玻璃棒攪拌至透明狀，然后滴入0.2mL濃度為4mol/L的鹽酸，放入蛋白質水解管中，入氮氣排空氣，80°C反應18小時，反應結束后，對水解液進行90 V的水浴蒸發，除掉鹽酸，得到氨基酸溶液，之后進行氨基酸檢測，90 %的蛋白質已分解為L-α-氨基酸。
[0021](2)將氨基酸溶液超聲成均勻漿液，將ImL濃度為0.0015mol/L的AgNO3前驅體溶液加入約為0.5mL氨基酸楽液中，再加入1mL濃度為2mol/L的硼氫化鈉溶液，在室溫下還原24小時而后過濾、用去離子水洗滌至中性、干燥，得到氨基酸負載銀燃料電池陰極催化劑。將該催化劑負載到玻碳電極上進行催化測試，結果如圖2所示，制得的燃料電池陰極催化劑的起始電位為0.90V，接近Pt/C的起始電位，催化活性較好。
[0022]實施例3
[0023](I)取3mg的雞蛋蛋清裝入燒杯中，用玻璃棒攪拌至透明狀，然后滴入ImL濃度為5mol/L的鹽酸，放入蛋白質水解管中，入氮氣排空氣，90°C反應20小時。反應結束后，對水解液進行85 V的水浴蒸發，除掉鹽酸，得到氨基酸溶液，之后進行氨基酸檢測，93 %的蛋白質已分解為L-α-氨基酸。
[0024](2)將氨基酸溶液超聲成均勻漿液，將3.5mL濃度為0.0015moVL的AgNO3前驅體溶液加入2mL氨基酸楽液中，再加入31.5mL濃度為2mol/L的硼氫化鈉溶液，在室溫下還原18小時而后過濾、用去離子水洗滌至中性、干燥，得到氨基酸負載銀燃料電池陰極催化劑。將該催化劑負載到玻碳電極上進行催化測試，結果如圖3所示，制得的燃料電池陰極催化劑的起始電位為0.97V，與Pt/C的起始電位相當，催化活性好。
【主權項】
1.一種燃料電池陰極催化劑，其特征在于:它是一種L-α-氨基酸負載納米銀粒子的催化劑。2.權利要求1的燃料電池陰極催化劑的制備方法，其特征在于:其包括如下步驟: (1)按每毫升鹽酸溶液加入0.5?5mg雞蛋蛋清的比例，將雞蛋蛋清倒入容器中，攪拌至透明狀，然后滴入4?6mol/L的鹽酸溶液中，將混合溶液放入蛋白質水解管中，通入氮氣排出空氣，在80?110°C溫度下反應18?24小時;然后對水解液進行80?90 °C的水浴蒸發，除掉鹽酸，得到氨基酸溶液，之后進行氨基酸含量檢測，以確保蛋白質90?100%分解為L-a-氨基酸； (2)將步驟(I)的氨基酸溶液超聲成均勻漿液，按氨基酸漿液與AgNO3前驅體溶液的體積比=0.5?1:1的比例，將濃度為0.0015mo VL的AgNO3前驅體溶液加入氨基酸漿液中，再按AgNO3前驅體溶液與還原劑硼氫化鈉溶液體積比=1:8?10的比例，將濃度為2mol/L的硼氫化鈉溶液加入AgNO3前驅體溶液與氨基酸漿液混合液中，在室溫下還原10?24小時，然后過濾、洗滌、干燥，制得L-α-氨基酸負載納米銀燃料電池陰極催化劑。
【文檔編號】H01M4/90GK106025298SQ201610340019
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月20日
【發明人】彭秋明, 李寒寧, 李慧, 胡婕, 張志偉
【申請人】燕山大學