[发明专利]一种用于氨催化氧化的电催化材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种用于氨催化氧化的电催化材料及其制备方法。该电催化材料以氮化钽或者氧化钽为载体，Pt附着在该载体上。其制备方法是：将载体与H₂PtCl₆溶于乙醇与水的混合液中，在惰性气体保护及一定温度条件下发生反应；然后，将反应后的产物洗涤、真空抽滤，再经烘干。与纯Pt作为电催化材料相比，该电催化材料不仅提高了Pt的分散度，降低了成本，而且提高了对氨催化氧化的催化性能，并且能够减少在氨的电催化氧化中产生的有毒中间产物Nads，从而提高了催化材料的耐久性。

技术领域

本发明属于电催化技术领域，具体涉及一种用于氨催化氧化的电催化材料及其制备方法。

背景技术

发展氢能及燃料电池技术是我国当前能源战略的重要方向，对实现低碳环保发展具有重要意义。然而，氢气极难液化，大规模储存和运输技术难度大、成本高，严重制约了氢燃料电池的广泛应用。氨气在室温下仅需8.5个大气压即可液化，液氨体积能量密度大大超过高压氢气，合成与发电时都可以避免碳排放。此外，氨合成、液化、储存与运输技术都非常成熟。因此，氨有望作为替代氢气的零碳排放燃料实现大规模应用。

一般的燃料电池是在酸性条件下工作，而氨在碱性条件下可以被电催化氧化，阴离子交换膜燃料电池(Anion Exchange Membrane Fuel Cells,AEMFC)可在碱性条件下工作，因而氨可以作为AEMFC的燃料能源。

以氨为燃料的AEMFC的性能主要取决于催化剂。Pt、Ru等单金属催化剂为阳极材料时会使开路电压过低，这主要是因为氨在这些催化剂上氧化需要高的过电势。此外，金属电极选择性氧化生成N₂的催化活性与电极表面反应生成的中间产物种类有关：当电极表面生成的中间产物为NHads或NH₂ads时，电极析氮的催化活性较强；而当中间产物为Nads时，电极析氮的催化活性将明显下降。不同金属电极在电化学氧化过程中表面吸附中间产物Nads的强弱依次为RuRhPdIrPt。

Pt具有相对较弱的Nads吸附能和较高催化脱氢能力而成为目前最为理想的氨电催化材料。然而由于Pt金属价格昂贵，限制了其大规模的应用。

发明内容

针对上述技术现状，本发明旨在提供一种用于氨催化氧化的电催化材料，具有成本低，催化性能高的优点。

为了实现上述技术目的，本发明人发现，以氮化钽(Ta₃N₅)氮化钽或者氧化钽(Ta₂O₅)为载体，将Pt附着在该载体上时，能够提高Pt的分散性，同时能够提高Pt对氨的催化氧化的催化活性。

即，本发明的技术方案为：一种用于氨催化氧化的电催化材料，其特征是，所述电催化材料以氮化钽(Ta₃N₅)或者氧化钽(Ta₂O₅)为载体，Pt附着在该载体上。

作为优选，所述电催化材料中，Pt与载体的质量之比为1:5～1:1。

本发明还提供了一种制备上述用于氨催化氧化的电催化材料的方法，包括如下步骤：

将载体与H₂PtCl₆溶于乙醇与水的混合液中，在惰性气体保护及一定温度条件下发生反应；然后，将反应后的产物洗涤、真空抽滤，再经烘干，得到Pt基电催化材料。

作为优选，乙醇与水的混合液中乙醇与水的体积比为5:1～1:5，进一步优选为3:1～1:3。

作为优选，所述温度为120～180℃，进一步优选为140～170℃。

作为优选，所述反应时间为1h～10h，进一步优选为2h～8h。

作为优选，将反应后的产物用乙醇与水的混合溶液洗涤。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：