[发明专利]一种NiCoS/聚苯胺电极材料的制备方法

说明书

本发明属于燃料电池领域，尤其是一种基于NiCoS/聚苯胺(NiCoS/PANI)的复合材料的制备方法。本发明针对能源短缺，开发燃料电池电极材料，镍基过渡金属被认为是非贵金属中最有前途的阳极催化材料。本发明采用化学氧化法制备不同质子酸下的聚苯胺，用水热法制备不同的镍基双金属复合物，同步对比了NiCoS/PANI、NiMnS/PANI、NiCuS/PANI复合材料对甘油催化氧化的效果，确定NiCoS/PANI复合材料对甘油的催化氧化效果最好。进一步测试修饰电极的电化学行为，NiCoS/PANI复合材料具有最高的甘油催化活性，最低的降解率，最高的稳定性。因此，该复合材料在燃料电池方面有着潜在的应用前景。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，尤其是一种NiCoS/聚苯胺(NiCoS/PANI)电极材料的制备方法。

背景技术

能源是人类赖以生存的物质基础，环境是人类赖以生存的家园。纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着优质能源的出现和能源技术的更新使用。节能与开发新能源，提高能源利用率与减少其带来的环境污染，已成为21世纪最函待解决的课题之一。而燃料电池就是一种把燃料的化学能直接转化成电能的能量转化装置。与传统能源相比，燃料电池在使用过程中不涉及到燃烧，因而其能量转化效率不受到卡诺循环效率的限制。此外，燃料电池可使用氢气等清洁能源，被称之为继水力、火力和核能发电之后的第四种连续发电方式，也有人称其为绿色能源或第四种发电技术。

对于直接醇类燃料电池的使用，甲醇燃料具有毒性和易挥发性，而乙醇、多羟基醇类和多羟基醇类衍生物则毒性小、沸点相对较高并且不易挥发，其中生物燃料甘油更可直接作为醇类燃料电池的燃料使用。相比于甲醇，甘油毒性更低，来源更加广泛，安全环保方面也更加突出。

传统矿物燃料的快速消耗和对新能源需求的不断增长，引起了人们对可持续绿色发展能源技术的高度关注。贵金属基催化剂在燃料电池中的广泛应用由于其价格昂贵而引起了巨大的挑战。因此研究非贵金属电催化剂得到了广泛关注。镍基电催化剂因其低成本和令人钦佩的电催化性质被认为是燃料电池替代贵金属的物质。镍基过渡金属具有较低的中毒效应，低成本和表面氧化性能。镍基过渡金属材还可以提供多种形貌，具有较高的表面积，可以提高活性位点的数量以提高催化活性和稳定性。

发明内容

本发明针对与现在其他醇类相比，直接醇类燃料电池使用的燃料为甲醇，具有挥发性、毒性，然而乙醇、多羟基醇类及其衍生物的毒性相对较低，沸点较高且难挥发，因此甘油也能直接用作直接醇类燃料电池的燃料使用。聚苯胺是一种具有良好催化活性的载体材料，而镍基过度金属材料被认为是非贵金属材料中最有前途的直接醇类燃料电池的阳极催化材料，镍基过度金属材料具有较低的中毒效应，较高的表面氧化性能、较高的稳定性和较低的制备成本。多种金属修饰聚苯胺具有更好的协同作用，催化效果也更加明显，因此NiCoS/PANI复合材料在甘油的催化氧化中有着很好的应用前景。

本发明所采用的技术方案为：一种以物理研磨制备NiCoS/PANI复合材料，其特征在于：用化学氧化法制备聚苯胺，用水热法制备不同的镍基双金属复合物，再通过物理研磨的方式将其混合。

上述的物理研磨制备NiCoS/PANI复合材料，其制备方法如下：

(1)称取一定量的对甲苯磺酸(p-TSA)溶于乙醇中，再称取定量的苯胺，将两者超声混合，在恒温器中将混合物加热至80℃。将APS溶于水溶液中预热至80℃加入到含苯胺的混合溶液中，在80℃反应2min后，在另一个25℃恒温器中保持12小时。反应体系的颜色会从黑暗变为墨绿色。，得到的产物用去离子水和乙醇分别抽滤洗涤至滤液无色，最后将得到的滤饼在室温下干燥6h得到产物。