本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種氧還原催化劑納米復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

質(zhì)子交換膜燃料電池是一種燃料電池，在原理上相當(dāng)于水電解的“逆”裝置。其單電池由陽極、陰極和質(zhì)子交換膜組成，陽極為氫燃料發(fā)生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有加速電極電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)。工作時(shí)相當(dāng)于一直流電源，其陽極即電源負(fù)極，陰極為電源正極。質(zhì)子交換膜燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高，比能量、功率密度高和室溫快速啟動(dòng)等諸多突出的特點(diǎn)，被認(rèn)為是未來主要的綠色能源之一。目前廣泛應(yīng)用于電池陰極的催化劑是鉑，然而鉑的儲(chǔ)量少及價(jià)格昂貴是制約其商業(yè)應(yīng)用的主要原因。

因此需要一種能夠替代鉑作為催化劑的氧化還原催化劑，以適應(yīng)日趨發(fā)展的質(zhì)子交換膜燃料電池的發(fā)展，為此，我們提出了一種氧還原催化劑納米復(fù)合材料的制備方法投入使用，以解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種氧還原催化劑納米復(fù)合材料的制備方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的目前廣泛應(yīng)用于電池陰極的催化劑是鉑，然而鉑的儲(chǔ)量少及價(jià)格昂貴是制約其商業(yè)應(yīng)用的主要原因的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種氧還原催化劑納米復(fù)合材料的制備方法，所述氧還原催化劑納米復(fù)合材料的制備方法的具體步驟如下：

S1：將氧化鋁模板用環(huán)氧樹脂和固化劑固定在玻碳電極表面，并在室溫和磁力攪拌的環(huán)境下，于堿性鈀鍍恒電位-0.7～-0.9V沉積2～5h；

S2：經(jīng)過沉積后的氧化鋁模板用10～15％磷酸溶液進(jìn)行溶解，得到納米線陣列電極；

S3：將玻碳電極的表面經(jīng)過機(jī)械研磨處理，使用金剛砂對(duì)其表面拋光至鏡面程度；

S4：將經(jīng)過拋光處理后的玻碳電極在超聲水浴中清洗，每次2～4min，循環(huán)清洗3～5次；

S5：使用清洗液徹底洗滌后將玻碳電極在0.5～1mol/L的硫酸溶液中用循環(huán)伏安法活化；

S6：將經(jīng)過預(yù)處理后的玻碳電極浸入氮?dú)怙柡偷恼{(diào)制溶液中，并加入氧化還原催化劑，在三電極的體系下，以循環(huán)伏安法沉積納米顆粒，制備出納米粒子電極，其中掃描電位范圍為0.25～0.1V，掃描速度為0.013～0.015V/s；

S7：將步驟S2中制備出的納米線陣列電極和步驟S6中制備出的納米粒子電極利用循環(huán)伏安法25～30個(gè)循環(huán)制備納米復(fù)合材料。

優(yōu)選的，所述步驟S1中，固化劑為高溫型的甲階酚醛樹脂固化劑，磁力攪拌時(shí)的轉(zhuǎn)速為500～1800r/min。

優(yōu)選的，所述步驟S5中，清洗液為乙醇、硝酸和蒸餾水的混合物，其中乙醇：硝酸：蒸餾水＝1:1:3.5。

優(yōu)選的，所述步驟S5中，利用循環(huán)伏安法進(jìn)行活化時(shí)，掃描電位范圍為-1～1V，反復(fù)掃描直至達(dá)到穩(wěn)定的循環(huán)伏安圖為止。

優(yōu)選的，所述步驟S6中，調(diào)制溶液為6～8mol/L氯鉑酸溶液和0.5～1mol/L氯化氫溶液的混合液。

優(yōu)選的，所述步驟S6中，三電極體系采用玻碳為工作電極，飽和甘汞為參比電極，鉑片為電極。

優(yōu)選的，所述步驟S6中，氧化還原催化劑為催化加氫類還原催化劑。

優(yōu)選的，所述步驟S7中，在進(jìn)行循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)之前，先通入15～20min的高純氮?dú)猓匀コ芙庋?，在氮?dú)鈿夥罩幸匝h(huán)伏安測(cè)試活化電極，然后通入高純的氧氣15～20min，在氧氣氣氛中進(jìn)行循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明制備方法簡單，成本低，采用氧化還原催化劑替代鉑催化劑，得到的納米復(fù)合材料粒徑分布均一，重現(xiàn)性好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明工作流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例二示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例三示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例一

一種氧還原催化劑納米復(fù)合材料的制備方法，所述氧還原催化劑納米復(fù)合材料的制備方法的具體步驟如下：

S1：將氧化鋁模板用環(huán)氧樹脂和固化劑固定在玻碳電極表面，并在室溫和磁力攪拌的環(huán)境下，于堿性鈀鍍恒電位-0.7V沉積2h，固化劑為高溫型的甲階酚醛樹脂固化劑，磁力攪拌時(shí)的轉(zhuǎn)速為500r/min；

S2：經(jīng)過沉積后的氧化鋁模板用10％磷酸溶液進(jìn)行溶解，得到納米線陣列電極；

S3：將玻碳電極的表面經(jīng)過機(jī)械研磨處理，使用金剛砂對(duì)其表面拋光至鏡面程度；

S4：將經(jīng)過拋光處理后的玻碳電極在超聲水浴中清洗，每次2min，循環(huán)清洗3次；

S5：使用清洗液徹底洗滌后將玻碳電極在0.5mol/L的硫酸溶液中用循環(huán)伏安法活化，清洗液為乙醇、硝酸和蒸餾水的混合物，其中乙醇：硝酸：蒸餾水＝1:1:3.5，利用循環(huán)伏安法進(jìn)行活化時(shí)，掃描電位范圍為-1V，反復(fù)掃描直至達(dá)到穩(wěn)定的循環(huán)伏安圖為止；

S6：將經(jīng)過預(yù)處理后的玻碳電極浸入氮?dú)怙柡偷恼{(diào)制溶液中，并加入氧化還原催化劑，在三電極的體系下，以循環(huán)伏安法沉積納米顆粒，制備出納米粒子電極，其中掃描電位范圍為0.25V，掃描速度為0.013V/s，調(diào)制溶液為6mol/L氯鉑酸溶液和0.5mol/L氯化氫溶液的混合液，三電極體系采用玻碳為工作電極，飽和甘汞為參比電極，鉑片為電極，氧化還原催化劑為催化加氫類還原催化劑；

S7：將步驟S2中制備出的納米線陣列電極和步驟S6中制備出的納米粒子電極利用循環(huán)伏安法25個(gè)循環(huán)制備納米復(fù)合材料，在進(jìn)行循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)之前，先通入15min的高純氮?dú)?，以去除溶解氧，在氮?dú)鈿夥罩幸匝h(huán)伏安測(cè)試活化電極，然后通入高純的氧氣15min，在氧氣氣氛中進(jìn)行循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)參閱圖2得知，納米線電極的循環(huán)伏安圖，負(fù)載了納米線的玻碳電極在氮?dú)鈿夥罩性?.2V附近觀察到較強(qiáng)的氧化還原峰。

實(shí)施例二

一種氧還原催化劑納米復(fù)合材料的制備方法，所述氧還原催化劑納米復(fù)合材料的制備方法的具體步驟如下：

S1：將氧化鋁模板用環(huán)氧樹脂和固化劑固定在玻碳電極表面，并在室溫和磁力攪拌的環(huán)境下，于堿性鈀鍍恒電位-0.9V沉積5h，固化劑為高溫型的甲階酚醛樹脂固化劑，磁力攪拌時(shí)的轉(zhuǎn)速為1800r/min；

S2：經(jīng)過沉積后的氧化鋁模板用15％磷酸溶液進(jìn)行溶解，得到納米線陣列電極；

S3：將玻碳電極的表面經(jīng)過機(jī)械研磨處理，使用金剛砂對(duì)其表面拋光至鏡面程度；

S4：將經(jīng)過拋光處理后的玻碳電極在超聲水浴中清洗，每次4min，循環(huán)清洗5次；

S5：使用清洗液徹底洗滌后將玻碳電極在1mol/L的硫酸溶液中用循環(huán)伏安法活化，清洗液為乙醇、硝酸和蒸餾水的混合物，其中乙醇：硝酸：蒸餾水＝1:1:3.5，利用循環(huán)伏安法進(jìn)行活化時(shí)，掃描電位范圍為1V，反復(fù)掃描直至達(dá)到穩(wěn)定的循環(huán)伏安圖為止；

S6：將經(jīng)過預(yù)處理后的玻碳電極浸入氮?dú)怙柡偷恼{(diào)制溶液中，并加入氧化還原催化劑，在三電極的體系下，以循環(huán)伏安法沉積納米顆粒，制備出納米粒子電極，其中掃描電位范圍為0.1V，掃描速度為0.015V/s，調(diào)制溶液為8mol/L氯鉑酸溶液和1mol/L氯化氫溶液的混合液，三電極體系采用玻碳為工作電極，飽和甘汞為參比電極，鉑片為電極，氧化還原催化劑為催化加氫類還原催化劑；

S7：將步驟S2中制備出的納米線陣列電極和步驟S6中制備出的納米粒子電極利用循環(huán)伏安法30個(gè)循環(huán)制備納米復(fù)合材料，在進(jìn)行循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)之前，先通入20min的高純氮?dú)?，以去除溶解氧，在氮?dú)鈿夥罩幸匝h(huán)伏安測(cè)試活化電極，然后通入高純的氧氣20min，在氧氣氣氛中進(jìn)行循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)參閱圖3，為玻碳電極上負(fù)載納米顆粒的循環(huán)伏安圖，氧還原的起峰電位在0.4V，最大峰電流為0μA。

實(shí)施例三

一種氧還原催化劑納米復(fù)合材料的制備方法，所述氧還原催化劑納米復(fù)合材料的制備方法的具體步驟如下：

S1：將氧化鋁模板用環(huán)氧樹脂和固化劑固定在玻碳電極表面，并在室溫和磁力攪拌的環(huán)境下，于堿性鈀鍍恒電位-0.8V沉積3.5h，固化劑為高溫型的甲階酚醛樹脂固化劑，磁力攪拌時(shí)的轉(zhuǎn)速為1000r/min；

S2：經(jīng)過沉積后的氧化鋁模板用13％磷酸溶液進(jìn)行溶解，得到納米線陣列電極；

S3：將玻碳電極的表面經(jīng)過機(jī)械研磨處理，使用金剛砂對(duì)其表面拋光至鏡面程度；

S4：將經(jīng)過拋光處理后的玻碳電極在超聲水浴中清洗，每次3min，循環(huán)清洗4次；

S5：使用清洗液徹底洗滌后將玻碳電極在0.8mol/L的硫酸溶液中用循環(huán)伏安法活化，清洗液為乙醇、硝酸和蒸餾水的混合物，其中乙醇：硝酸：蒸餾水＝1:1:3.5，利用循環(huán)伏安法進(jìn)行活化時(shí)，掃描電位范圍為-0.5V，反復(fù)掃描直至達(dá)到穩(wěn)定的循環(huán)伏安圖為止；

S6：將經(jīng)過預(yù)處理后的玻碳電極浸入氮?dú)怙柡偷恼{(diào)制溶液中，并加入氧化還原催化劑，在三電極的體系下，以循環(huán)伏安法沉積納米顆粒，制備出納米粒子電極，其中掃描電位范圍為0.75V，掃描速度為0.014V/s，調(diào)制溶液為7mol/L氯鉑酸溶液和0.8mol/L氯化氫溶液的混合液，三電極體系采用玻碳為工作電極，飽和甘汞為參比電極，鉑片為電極，氧化還原催化劑為催化加氫類還原催化劑；

S7：將步驟S2中制備出的納米線陣列電極和步驟S6中制備出的納米粒子電極利用循環(huán)伏安法28個(gè)循環(huán)制備納米復(fù)合材料，在進(jìn)行循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)之前，先通入18min的高純氮?dú)?，以去除溶解氧，在氮?dú)鈿夥罩幸匝h(huán)伏安測(cè)試活化電極，然后通入高純的氧氣18min，在氧氣氣氛中進(jìn)行循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。