一种碳包覆镍气凝胶材料的制备方法及应用转让专利
申请号 : CN202011139935.X
文献号 : CN112366326B
文献日 : 2021-09-14
发明人 : 曾黎明 , 孙泰 , 唐仁衡
申请人 : 广东省科学院稀有金属研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种碳包覆镍气凝胶材料的制备方法,特征在于,所述碳包覆镍气凝胶材料的内层为由直径处于25 40 nm范围的金属纳米棒相互交织形成的三维多孔气凝胶结构,外层为~
0.5 3 nm石墨化碳层,金属含量为90 99 wt.%,碳含量为0.1 10 wt.%,该方法包括以下步~ ~ ~
骤:将镍金属盐与含氮有机分子超声分散于乙醇中,镍金属盐与含氮有机分子的物质的量之比为4:1 1:1,镍金属盐的摩尔浓度为0.06 0.6mol/L,所述镍金属盐选自镍金属无机盐~ ~
或乙酸镍或草酸镍中的一种,超声分散0.5 1小时后转移至水热釜中,150℃下反应8 24小~ ~
时,自然冷却后用乙醇和水分别离心洗涤,冷冻干燥得到前驱物;所述含氮有机分子为三聚氰酸,三聚氰胺,双氰胺,三聚氰酸二酰胺中的至少一种;然后在200 450℃温度下的还原性~
气氛中进行热处理0.5 2小时,冷却收集得到碳包覆镍气凝胶材料。
~
2.根据权利要求1所述碳包覆镍气凝胶材料的制备方法,其特征在于,所述还原性气氛为氢气和氩气混合气氛,氢气体积分数为5 50%。
~
3.根据权利要求1所述碳包覆镍气凝胶材料的制备方法,其特征在于,所述镍金属无机盐为氯化镍、硝酸镍、硫酸镍中至少一种。
4. 根据权利要求1所述碳包覆镍气凝胶材料的制备方法,其特征在于,镍金属盐与含氮有机分子的物质的量之比为1:1,镍金属盐的摩尔浓度为0.2 mol/L ,镍金属盐与含氮有机分子超声分散0.5小时后转移至水热釜中。
5.根据权利要求1所述碳包覆镍气凝胶材料的制备方法,其特征在于,在氢气体积分数为50%的氢气和氩气混合气氛中400℃温度下热处理0.5小时,冷却收集得到气凝胶材料。
6.碳包覆镍气凝胶材料的应用,其特征在于,碳包覆镍气凝胶材料由权利要求1‑5中任意一项权利要求所述碳包覆镍气凝胶材料的制备方法制备得到,作为碱性氢氧化电催化剂在催化碱性聚合物电解质膜燃料电池的阳极氢氧化反应中的应用。
说明书 :
一种碳包覆镍气凝胶材料的制备方法及应用
技术领域:
固态电解质,大大克服了传统AFC中碱液的泄露和碳酸化的问题;同时由于碱性环境对金属
材料耐腐蚀性的要求要明显低于酸性环境,因此,APEFC为非贵金属替代贵金属材料的使用
提供了巨大的潜力。
力学速率及减少对贵金属催化剂的过度依赖,开发高效非贵金属碱性氢氧化催化剂成为了
关键。
的难题。
发明内容:
性聚合物电解质膜燃料电池的阳极氢氧化反应中表现出较优的活性。
覆,金属含量为90~99wt.%,碳含量为0.1~10wt.%,该方法包括以下步骤:将镍金属无机
盐与含氮有机分子超声分散于乙醇中,镍金属无机盐与含氮有机分子的物质的量之比为4:
1~1:1,镍金属无机盐的摩尔浓度为0.06~0.6mol/L,超声分散0.5~1小时后转移至水热
釜中,150℃下反应8~24小时,自然冷却后用乙醇和水分别离心洗涤,冷冻干燥得到前驱
物;然后在200~450℃温度下的还原性气氛中进行热处理0.5~2小时,冷却收集得到气凝
胶材料。
构,表面由极薄的石墨化碳层包覆,金属镍含量为90~99wt.%,碳含量为0.1~10wt.%,其
中金属镍作为活性中心和电子优良传导体,三维多孔结构保证了快速的传质和活性位的充
分利用,超薄石墨化碳层结构起保护金属抗空气氧化和促进电子传导的作用。
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为 时,催化剂的交换电流密度达0.94mA cm 。
应中表现出较优的活性。
附图说明:
描得到的极化曲线图。
具体实施方式:
燥得到前驱物;然后在氢气和氩气混合气氛(氢气体积分数为50%)中400℃下的进行热处
理0.5小时,冷却收集即得到气凝胶材料Aerogel Ni@C‑1。其XRD图谱见图1,图中衍射峰对
应为金属相的镍。其SEM形貌图见图2。其TEM图见图3,在金属外层包覆有明显的超薄石墨化
碳层。在氢气饱和的0.1M KOH电解质溶液中,采用线性扫描伏安法和旋转圆盘电极(Ф=
5mm)对材料的催化氢气氧化活性进行评价。
C‑1的交换电流密度达0.94mA cm ,表现出较优的氢氧化催化活性。
燥得到前驱物;然后在氢气和氩气混合气氛(氢气体积分数为50%)中400℃下的进行热处
理0.5小时,冷却收集即得到气凝胶材料Aerogel Ni@C‑2。在氢气饱和的0.1M KOH电解质溶
液中,采用线性扫描伏安法和旋转圆盘电极(Ф=5mm)对材料的催化氢气氧化活性进行评
价。Aerogel Ni@C‑2催化氢氧化反应的极化曲线如图4所示。
燥得到前驱物;然后在氢气和氩气混合气氛(氢气体积分数为50%)中400℃下的进行热处
理0.5小时,冷却收集即得到气凝胶材料Aerogel Ni@C‑3。在氢气饱和的0.1M KOH电解质溶
液中,采用线性扫描伏安法和旋转圆盘电极(Ф=5mm)对材料的催化氢气氧化活性进行评
价。Aerogel Ni@C‑3催化氢氧化反应的极化曲线如图4所示。
燥得到前驱物;然后在氢气和氩气混合气氛(氢气体积分数为50%)中400℃下的进行热处
理0.5小时,冷却收集即得到气凝胶材料Aerogel Ni@C‑4。在氢气饱和的0.1M KOH电解质溶
液中,采用线性扫描伏安法和旋转圆盘电极(Ф=5mm)对材料的催化氢气氧化活性进行评
价。Aerogel Ni@C‑4催化氢氧化反应的极化曲线如图4所示。