[发明专利]一种Ag/C催化剂、其制备方法及担载有该催化剂的电极的制备方法

说明书

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Ag/C氧还原电催化剂及其制备和应用。所述Ag/C催化剂为碳担载的银催化剂，所述碳为电化学处理后的氧化石墨；所述银为纳米粒子，粒径为5～10nm；所述Ag/C催化剂中Ag占整个催化剂的质量含量为5％～90％。该催化剂的制备过程无有毒物质参与，安全无污染、有利于环境保护，该催化剂应用范围广，可用作金属空气燃料电池氧还原催化剂、碱性阴离子交换膜燃料电池氧还原催化剂、以及其他碱性条件下氧还原催化剂。

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，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.C 114(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.PowerSources 196(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

本发明针对现有技术中存在的问题，发明了一种Ag/C电催化剂及其制备方法。

为实现上述发明内容，本发明采用以下技术方案来实现：

一种Ag/C催化剂，所述Ag/C催化剂为碳担载的银催化剂，所述碳为电化学处理后的氧化石墨；所述银为纳米粒子，粒径为5～10nm；所述Ag/C催化剂中Ag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20％～80％；所述催化剂中Ag占整个催化剂的质量含量最优为40％～60％。

一种担载有所述Ag/C催化剂的电极的制备方法，包括以下制备步骤，

(1)于溶剂中加入氧化石墨和AgNO₃并使其混合均匀，得催化

剂前体浆；

(2)于步骤(1)所得催化剂前体浆中加入碱或碱溶液后反应，至形成棕黑色胶体溶液，于所得胶体溶液中加入粘结剂得处理后的催化剂前体浆液；棕黑色胶体溶液为Ag@Ag₂O/GO，因为氧化石墨(GO)表面含有大量的含氧官能团，因而制备的Ag表面有部分氧化，这一结果也可以由XPS的表征结果得到验证；

(3)于电极上涂覆步骤(2)所得处理后的催化剂前体浆液，以该电极为工作电极采用三电极体系对其进行电化学扫描处理，得担载有Ag/C催化剂的电极。