[发明专利]一种Ag/GO/C催化剂及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于催化剂及其制备技术领域，具体的说涉及一种用于金属空气燃料电池、碱性阴离子交换膜燃料电池及其他碱性条件下的氧还原催化剂及其制备和应用。

背景技术

燃料电池是一种环境友好的能源技术因其具有能量密度高、无污染、无噪音等优点，已成为国际上研究的热点。金属空气电池燃料供应丰富、储存寿命长、携带方便、氧电极可采用非贵金属氧还原催化剂；而碱性阴离子交换膜燃料电池，与质子交换膜燃料电池相比，不存在因燃料渗透而导致电极电位下降的问题，同时也可采用非Pt氧还原催化剂。

近年来，由于Ag在碱性介质中具有较高活性和稳定性以及优异的抗甲醇渗透能力等优势，引起了研究人员的广泛关注。在碱性燃料电池领域已有商品Ag/C催化剂，但其氧还原过电位比Pt/C高50-100mv(J.Electrochem.Soc.152(2005)D117)，尽管Ag/C催化剂的研究取得了很大的进展，但是制备粒径小于20nm且分散均匀的Ag/C催化剂大都在有机相中进行，且需要用PVP(Chem.Mater.14(2002)4736)、柠檬酸钠(J.Phys.Chem.C114(2010)4324)等有机长链分子做保护剂，这些长链分子覆盖在Ag/C催化剂的表面，使其氧还原活性大幅度降低(J.Power Sources196(2011)3033)。

文献(Electrochem.Commun.28(2013)100)采用NaBH₄作为还原剂，在5℃下反应12h制备了60%Ag/RGO催化剂，虽然制备的催化剂仅为12nm，但是Ag载量大，具有成本高，能耗大，反应时间长等缺点，且RGO传质差，不适宜做ORR催化剂。中国专利CN102581297公开了一种基于氧化石墨烯的可控绿色合成金属纳米材料的方法，采用中性的氧化石墨和硝酸银混合在常温下长时间反应制备Ag/GO复合材料，该方法制备时间长，且制备的材料由于GO的导电性和传质较差不适合做燃料电池催化剂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种应用于金属空气燃料电池、碱性阴离子交换膜燃料电池及其他碱性条件下的氧还原电催化剂及其制备和应用。

为实现上述目的，本发明采用以下具体方案来实现：

一种Ag/GO/C催化剂，催化剂中Ag占整个催化剂的质量含量为5%～90%；而GO（氧化石墨）占整个催化剂的质量含量为5%～90%。

所述催化剂中Ag占整个催化剂的质量含量较优为40%～70%。

所述催化剂中Ag占整个催化剂的质量含量最优为50%～60%。

所述GO占整个催化剂的质量含量较优为5%～30%。

所述GO占整个催化剂的质量含量最优为10～20%。

上述任一Ag/GO/C催化剂的制备方法，包括以下制备步骤，

（1）于溶剂中加入GO、AgNO₃和碳载体并使其混合均匀，得催化剂前体浆液；

（2）于步骤（1）所得催化剂前体浆液中加入碱溶液后回流10min以上，所得溶液抽滤得黑色膏状物质；

（3）采用去离子水对步骤（2）所得黑色膏状物质进行洗涤干燥后得Ag/GO/C催化剂。

上述Ag/GO/C催化剂的另一种制备方法，包括以下制备步骤，

（1）于溶剂中加入GO和AgNO₃并使其混合均匀，得催化剂前体浆液；

（2）于步骤（1）所得催化剂前体浆液中加入碱溶液后回流，至形成棕黑色胶体溶液；

（3）于步骤（2）所得胶体溶液中加入碳载体，混合均匀后抽滤得黑色膏状物质；

（4）采用去离子水对步骤（3）所得黑色膏状物质进行洗涤干燥后得Ag/GO/C催化剂。

上述Ag/GO/C催化剂的任一制备方法，其特征在于：

步骤（1）中所述溶剂为水、无水乙醇、乙二醇中的一种或两种以上的混合物；所述溶剂中AgNO₃的质量浓度为0.015～28mg/ml；

步骤（2）中所述碱溶液为NaOH、KOH中一种或一种以上的水溶液，所述碱溶液中碱的浓度为0.01-10Mol·L^-1，所述碱溶液中碱的质量与步骤（1）中AgNO₃的质量的比不小于0.16。

上述Ag/GO/C催化剂的第一种制备方法，步骤（1）中所述碳载体为VulcanXC-72R、Black Pearls-2000、乙炔黑、碳纳米管、活性炭中的一种或两种以上的混合物；