[发明专利]一种碳纸支撑的Co-B复合材料电极的制备方法及其在催化硼氢化钠电氧化反应中的应用

说明书

本发明公开了一种碳纸支撑的Co‑B复合材料电极的制备方法及其在催化硼氢化钠电氧化反应中的应用。制法为：将碳纸裁剪成10 mm×10 mm的正方形片，将该碳纸作为工作电极，铂片电极作为对电极，氯化银电极作为参比电极，在KCl、H₃BO₃、CoCl₂·6H₂O和二甲胺基甲硼烷的混合电沉积液中，采用传统的三电极体系，使用恒电流法进行电沉积过程，得到碳纸支撑的Co‑B复合材料电极。本发明不使用有机粘结剂，保证了良好的导电性；且在测试过程中活性材料不发生脱落，展现了良好的稳定性；由于Co‑B复合材料的协同效应，使其展现了优越的催化硼氢化钠电氧化活性。

技术领域

本发明涉及一种碳纸支撑的Co-B复合材料电极的制备方法及其在催化硼氢化钠电氧化反应中的应用，属于复合材料制备技术领域。

背景技术

当今社会，随着人口增长，能源消耗在日益增加。人类使用的能源主要包括煤、石油、天然气三大化石能源。但它们属于不可再生能源，亟需寻找一种新的、可代替化石能源的新能源来使用。

燃料电池是一种新型能量转化装置，它可以将燃料和氧化剂中贮存的化学能直接转化为电能。在能量转化过程中，由于不受卡诺循环的限制，其能量转换效率较高。

直接硼氢化物燃料电池是以硼氢化物为燃料的燃料电池，其具有高的能量密度（9300 Wh·kg^-1）、比容量（5668 A·h·kg^-1）和电池电压（以O₂为氧化剂，电池电压达到1.64V；以H₂O₂为氧化剂，电池电压达到2.11 V），是新一代空间电源、水下电源和高能量、高功率密度的便携式电源的有力竞争者。NaBH₄中氢的质量分数高达10.6 wt.%，理论上其完全电氧化可以释放出8个电子，是一种理想的燃料。

NaBH₄的阳极电氧化性能是决定直接硼氢化物燃料电池性能的重要因素之一。目前，高效的NaBH₄电氧化催化剂为贵金属，但贵金属价格高昂，且储量有限，限制了其实际应用。人们开始寻找贵金属的替代品，其中钴基催化剂可以有效催化硼氢化物中B-H键的断裂，催化硼氢化物电氧化反应的进行，同时其价格低廉，具有良好的应用前景（可参阅Dongming Zhang, Ke Ye, Dianxue Cao, Bin Wang, Kui Cheng, Yiju Li, GuilingWang^*, Yang Xu^*. Co@MWNTs-Plastic: A novel electrode for NaBH₄ oxidation[J].Electrochimica Acta, 2015, 156：102-107.及Junjun Zhang, Dongming Zhang^*, CanCui, Haoyu Wang, Weizhou Jiao, Jing Gao and Youzhi Liu^*. A three-dimensionalporous Co–P alloy supported on a copper foam as a new catalyst for sodiumborohydride electrooxidation[J]. Dalton Transactions, 2019, 48：13248-13259.）。

发明内容

本发明旨在提供一种使用一步电沉积法制备具有高活性的碳纸支撑的Co-B复合材料电极的制备方法及其在催化硼氢化钠电氧化反应中的应用，避免贵金属催化剂的使用，降低电极成本。

本发明提供了一种碳纸支撑的Co-B复合材料电极的制备方法，包括以下步骤：

（1）将碳纸裁剪成10 mm×10 mm的正方形片，作为电极支撑体；