一種Ag-CuO/C催化劑及其制備和應用制造技術

本發明專利技術屬于催化劑及其制備技術領域，具體的說涉及一種用于金屬空氣燃料電池、堿性陰離子交換膜燃料電池及其他堿性條件下的Ag/CuO/C氧還原電催化劑及其制備和應用。該催化劑的制備過程無有毒物質參與，安全無污染、有利于環境保護，該催化劑應用范圍廣，可用作金屬空氣燃料電池氧還原催化劑、堿性陰離子交換膜燃料電池氧還原催化劑、以及其他堿性條件下氧還原催化劑。

Ag-CuO/C catalyst, preparation and application thereof

The invention belongs to the technical field of catalyst and its preparation, specifically electro catalyst and preparation and application of Ag/CuO/C oxygen for a metal air fuel cell, alkaline anion exchange membrane fuel cell and other basic conditions of reduction. The preparation process of the catalyst without toxic substances involved in safety, no pollution, environmental protection, the catalyst for a wide range of applications, can be used as a metal air fuel cell oxygen reduction catalyst, alkaline anion exchange membrane fuel cell oxygen reduction catalyst, and other basic conditions of oxygen reduction catalyst.

【技術實現步驟摘要】
一種Ag-CuO/C催化劑及其制備和應用
技術實現思路
本專利技術屬于催化劑及其制備
，具體的說涉及一種用于金屬空氣燃料電池、堿性陰離子交換膜燃料電池及其他堿性條件下的氧還原催化劑及其制備和應用。
技術介紹
燃料電池是一種環境友好的能源技術因其具有能量密度高、無污染、無噪音等優點，已成為國際上研究的熱點。金屬空氣電池燃料供應豐富、儲存壽命長、攜帶方便、氧電極可采用非貴金屬氧還原催化劑；而堿性陰離子交換膜燃料電池，與質子交換膜燃料電池相比，不存在因燃料滲透而導致電極電位下降的問題，同時也可采用非Pt氧還原催化劑。由于銀在堿性介質中具有較高活性和穩定性以及優異的抗甲醇滲透能力等優勢，引起了研究人員的廣泛關注。在堿性燃料電池領域已有商品Ag/C電催化劑，但其氧還原(ORR)過電位比Pt/C高100～150mV(J.Electrochem.Soc.152(2005)D117)。文獻(Electrochem.Commun.31(2013)108)將Ag與Co3O4復合提高了其ORR活性；唐等人(Appl.Catal.B:Environ.104(2011)337)采用一步法制備的Ag/Mn3O4/C電催化劑將其與Pt/C過電位差距縮小到了31mV，說明銀與一些錳、鈷等氧化物復合能夠提高其ORR活性。Linic等人(NatureChem.6(2014)828)通過量子化學計算證明AgCo形成合金能提高ORR活性，并且制備了表面是合金的AgCo電催化劑，較銀的ORR活性有較大提高，但其ORR活性與Pt/C催化劑相比仍有一定的差距。
技術實現思路
本專利技術針對現有技術中存在的問題，專利技術了一種Ag/CuO/C電催化劑其制備方法。為實現上述
技術實現思路
，本專利技術采用以下技術方案來實現：所述催化劑為碳擔載型催化劑或非擔載型催化劑；所述催化劑中Ag和CuO相互接觸緊密；所述Ag/CuO/C催化劑中Ag占整個催化劑的質量含量為2.66％～57.58％，Cu：Ag摩爾比1：1，C占整個催化劑的質量含量為0％～95.38％。所述Ag/CuO/C催化劑中Ag占整個催化劑的質量含量較優為5.35％～51.60％。所述Ag/CuO/C催化劑中Ag占整個催化劑的質量含量最優為16.3％～39.79％。所述Ag/CuO/C催化劑的制備方法包括以下制備步驟，(1)將AgCuO2或Ag2Cu2O3中的一種或兩種分散于溶劑中，然后向其中加入碳載體并使其混合均勻，在分散好的漿液中加入粘結劑，得催化劑前體漿液；(2)將步驟(1)所得催化劑前體漿液滴涂到電極上；(3)對步驟(2)所得電極進行電化學處理，得到AgCuO/C催化劑。所述Ag/CuO/C催化劑的制備方法中步驟(1)中所述溶劑為水、無水乙醇、異丙醇、乙二醇等溶劑中的一種或兩種以上的混合物；步驟(1)中所述碳載體為VulcanXC-72R、BlackPearls-2000、乙炔黑、碳納米管、活性炭等中的一種或兩種以上的混合物；步驟(1)中所述粘結劑為Nafion、PTFE、PVDF等的一種或兩種以上的混合物。步驟(2)中所述電極為導電玻璃、玻炭電極、石墨電極、泡沫鎳、碳紙、碳布中的一種。步驟(3)中所述電化學處理過程為以滴涂好催化劑前體漿液的電極為工作電極，以鉑、石墨棒、銀、金中的一種為對電極，銀/氯化銀、汞/氧化汞或飽和甘汞為參比電極；所述電化學處理過程為循環伏安掃描或者恒電位掃描。所述循環伏安掃描的電位應包含-0.3V～0.7V(相對于可逆氫電極電位)中任意一段電位范圍，所述恒電位掃描選取的電位應位于-0.3V～0.7V(相對于可逆氫電極電位)之間。與現有技術相比，本專利技術所述新型Ag/CuO/C催化劑具有以下優點：該催化劑的制備過程無有毒物質參與，安全無污染、有利于環境保護；該催化劑應用范圍廣，可用作金屬空氣燃料電池氧還原催化劑、堿性陰離子交換膜燃料電池氧還原催化劑、以及其他堿性條件下氧還原催化劑。附圖說明：圖1為本專利制備催化劑的前體，即AgCuO2和Ag2Cu2O3的XRD譜圖。圖2a、b分別為根據實施例1和實施例2制備的Ag/CuO/C催化劑的XRD圖圖3為根據比較例1-3、實施例1和實施例2制備的Ag/CuO/C催化劑在氧氣飽和的0.1MNaOH電解液中轉速為1600轉每分鐘的條件下的ORR極化曲線。具體實施方式：下面結合實施例對本專利技術做詳細的描述。當然本專利技術并不僅限于這些具體的實施例。比較例1：將43.5mgAgNO3和70.3mgVulcanXC72R炭黑超聲分散于75mL高純水中，劇烈攪拌4h,之后65℃旋蒸干。將蒸干得到的黑色粉末在管式爐中H2保護下，200℃熱處理2h，便得到Ag載量為28.3％的Ag/C催化劑。比較例2：將61.8mgCu(NO3)2和77.6mgVulcanXC72R炭黑超聲分散于75mL高純水中，劇烈攪拌4h,之后65℃旋蒸干。將蒸干得到的黑色粉末在管式爐中N2保護下，200℃熱處理2h，便得CuO載量為20.7％的CuO/C催化劑。比較例3：將43.5mgAgNO3、61.8mgCu(NO3)2和50mgVulcanXC72R炭黑超聲分散于75mL高純水中，劇烈攪拌4h,之后65℃旋蒸干。將蒸干得到的黑色粉末在管式爐中H2保護下，200℃熱處理2h，便得到Ag載量為28.3％，CuO載量為20.7％的Ag/CuO/C催化劑。實施例1：將5mg的AgCuO2超聲分散于6mL乙醇中，然后向其中加入5mg的VulcanXC-72R超聲分散均勻，最后加入20μL5wt.％的nafion溶液，分散均勻后便得到催化劑前體漿液。將該催化劑漿液滴涂到玻炭電極上，對其在0.12V～1.2V(相對于可逆氫電極電位)進行循環伏安掃描，直至其掃描曲線穩定，得到Ag載量為27.62％，CuO載量為20.35％的Ag/CuO/C催化劑。實施例2：將5mg的Ag2Cu2O3超聲分散于6mL乙醇中，然后向其中加入5mg的VulcanXC-72R超聲分散均勻，最后加入20μL5wt.％的nafion溶液，分散均勻后便得到催化劑前體漿液。將該催化劑漿液滴涂到玻炭電極上，對其在0.12V～1.2V(相對于可逆氫電極電位)進行循環伏安掃描，直至其掃描曲線穩定，得到Ag載量為28.19％，CuO載量為20.74％的Ag/CuO/C催化劑。實施例3：將0.5mg的AgCuO2超聲分散于6mL乙醇中，然后向其中加入9.5mg的BlackPearls-2000超聲分散均勻，最后加入20μL5wt.％的PTFE溶液，分散均勻后便得到催化劑前體漿液。將該催化劑漿液滴涂到導電玻璃上，對其在-0.3V(相對于可逆氫電極電位)進行恒電位掃描，直至其掃描曲線穩定，得到Ag載量為2.66％，CuO載量為1.96％的Ag/CuO/C催化劑。實施例4：將0.5mg的Ag2Cu2O3超聲分散于6mL乙醇中，然后向其中加入9.5mg的BlackPearls-2000超聲分散均勻，最后加入20μL5wt.％的PTFE溶液，分散均勻后便得到催化劑前體漿液。將該催化劑漿液滴涂到導電玻璃上，對其在0.7V(相對于可逆氫電極電位)進行恒電位掃描，直至其掃描曲線穩定，得到Ag載量為2.77％，CuO載量為2.03％的Ag/CuO/C催化劑。實本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種Ag?CuO/C催化劑，其特征在于：所述催化劑為碳擔載型催化劑或非擔載型催化劑Ag?CuO；所述催化劑中Ag占整個催化劑的質量含量為2.66％～57.58％，催化劑中Cu：Ag摩爾比1：1，C占整個催化劑的質量含量為0％～95.38％。

【技術特征摘要】
1.一種Ag-CuO/C催化劑，其特征在于：所述催化劑為碳擔載型催化劑或非擔載型催化劑Ag-CuO；所述催化劑中Ag占整個催化劑的質量含量為2.66％～57.58％，催化劑中Cu：Ag摩爾比1：1，C占整個催化劑的質量含量為0％～95.38％。2.如權利要求1所述Ag-CuO/C催化劑，其特征在于：所述催化劑中Ag占整個催化劑的質量含量較優為5.35％～51.60％。3.如權利要求2所述Ag-CuO/C催化劑，其特征在于：所述催化劑中Ag占整個催化劑的質量含量最優為16.3％～39.79％。4.一種權利要求1-3任一所述Ag-CuO/C催化劑的制備方法，其特征在于：包括以下制備步驟，(1)將AgCuO2和/或Ag2Cu2O3分散于溶劑中，然后向其中不加入或加入碳載體并使其混合均勻，在分散好的漿液中加入粘結劑，得催化劑前體漿液；(2)將步驟(1)所得催化劑前體漿液涂覆到電極上；(3)對步驟(2)所得電極進行電化學處理，得到Ag-CuO/C催化劑。5.如權利要求4所述Ag-CuO/C催化劑的制備方法，其特征在于：步驟(1)中所述溶劑為水、無水乙醇、異丙醇、乙二醇中的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫公權，袁麗只，姜魯華，
申請(專利權)人：中國科學院大連化學物理研究所，
類型：發明
國別省市：遼寧,21