[发明专利]碳化的载Pd中空阴离子交换树脂微球H2O2电还原催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种H₂O₂电还原催化剂的制备方法。

背景技术

以H₂O₂作为氧化剂的燃料电池，具有电化学活性高，易于储存、运输和操作等优点，可在一些特殊的环境(空间或者水下等无氧环境)代替O₂，尤其是在几种有代表性的低温燃料电池中的研究更是成为当下的研究热点。利用过氧化氢取代氧气作为氧化剂具有以下优点：氧气还原是一个4电子过程，动力学速率慢，而过氧化氢的还原是一个2电子过程，具有较低的活化过电势，因此具有更快的反应动力学速率；过氧化氢常温下是液体，储存运输方便，特别适合空间、水下等无氧环境；液相进料使得以过氧化氢为氧化剂的燃料电池在操作过程中不需要润湿过程，因此燃料电池结构更简单，体积功率密度更大。过氧化氢作为阴极氧化剂在根据溶液pH值的不同可以发生以下两种还原反应:

碱性介质：H₂O₂+2e＝2OH^-   (1)

酸性介质：H₂O₂+2H⁺+2e＝2H₂O   (2)

目前，用于过氧化氢电还原催化剂主要有：(1)贵金属及其合金；(2)过渡金属氧化物，如四氧化三钴、偏钴酸镍等；(3)过渡金属的大环化合物，如铁卟啉、普鲁士蓝、酞菁钴；(4)生物酶，如过氧化物酶；(5)其他，如硫酸铅。无论是在酸性介质，还是在碱性介质中；也无论是贵金属催化剂，还是非贵金属催化剂，H₂O₂的电还原都存在两个问题，一是电还原性能不佳，二是水解为氧气逸出，参见(3)式。这导致了H₂O₂电还原性能低和利用率低的问题。

2H₂O₂＝2H₂O+O₂   (3)

水解产生的氧气也可直接电还原，参见(4)式和(5)式。

酸性介质：O₂+2H⁺+4e＝2OH^-   (4)

碱性介质：O₂+2H₂O+4e＝4OH^-   (5)

水解产生的氧气按(4)式和(5)式继续电还原，不仅可以减少氧气的逸出，还可增加H₂O₂电还原性能和提高H₂O₂的利用率。可参阅Kui Cheng,Fan Yang,Dongming Zhang,Jinling Yin,Dianxue Cao,Guiling Wang.Pd nanofilm supported on CTiO₂nanocone core/shell nanoarrays:A facile preparation of high performance electrocatalyst for H₂O₂electroreduction in acid medium.Electrochimica Acta,2013,105:115-120，以及王贵领，郝世阳，陆天虹，曹殿学，尹翠蕾.NiCo₂O₄纳米线对H₂O₂电还原的催化性能.高等学校化学学报，2010，31(11):2264–2267。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高H₂O₂的电还原性能和利用率的碳化的载Pd中空阴离子交换树脂微球H₂O₂电还原催化剂的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：