本發(fā)明涉及一種乙醇催化氧化劑的制備方法,具體涉及一種高比表面積的NiS2催化劑的制備方法。
背景技術(shù):
近些年來(lái),能源短缺和環(huán)境污染是當(dāng)今世界面臨的兩大難題,直接燃料電池以其具有燃料來(lái)源廣、能量轉(zhuǎn)化率高、低污染、儲(chǔ)存和運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn),在便攜式電源、電動(dòng)機(jī)車等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,已經(jīng)得到了世界范圍的關(guān)注和重視。直接液體燃料電池可以利用甲醇作燃料,但甲醇有一定的毒性,因此必須探索新的液體以替代有毒的甲醇,乙醇可再生,且無(wú)毒、來(lái)源豐富、使用安全,實(shí)際應(yīng)用潛力巨大,可以替代直接甲醇燃料電池。但是,電極電催化劑的活性較低及高昂的價(jià)格仍是阻礙燃料電池商業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題之一。提高催化劑活性、降低貴金屬用量是推動(dòng)燃料電池商業(yè)化發(fā)展的重要途徑。
目前,研究最多的直接乙醇燃料電池催化劑仍是鉑和鈀類材料。Wang等人用碳纖維布支撐用鈀-鈷納米管陣列為催化劑,電催化氧化乙醇。(Angewandte Chemie International Edition,2015,54(12):3669-3673)這些材料資源稀少,價(jià)格昂貴,且催化過(guò)程中易中毒導(dǎo)致催化活性降低,運(yùn)行壽命短,其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用受到了嚴(yán)重的制約。
因此,使催化劑電催化活性提高,成本更加降低,是直接乙醇燃料電池研究開(kāi)發(fā)的重要內(nèi)容。然而,催化劑的比表面積是催化活性一個(gè)重要關(guān)鍵因素。因?yàn)檩^高的比表面積方便傳質(zhì)和擴(kuò)散。例如,Wang等人設(shè)計(jì)了分層NiCo2O4@Ni3S2核/殼陣列具有高比表面積、低的電荷傳遞電阻和好的電容。(Journal of Materials Chemistry A2(2014)17595-17601)Das等人將NiCo2O4負(fù)載在石墨烯上提高電催化氧化乙醇的性能。(Nanoscale,2014,6(18):10657-10665)本發(fā)明利用硫化鈉和氯化鎳形成了一種非貴金屬催化劑,這對(duì)提高直接乙醇燃料電池等能源轉(zhuǎn)換裝置商業(yè)化發(fā)展有重要意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種高比表面積的NiS2催化劑的制備方法,制備的催化劑對(duì)乙醇氧化催化活性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性有所提高,并且實(shí)用過(guò)程中應(yīng)用的乙醇價(jià)格低廉,方便攜帶,且無(wú)毒,具備較高的實(shí)用價(jià)值。
本發(fā)明的一種高比表面積的NiS2催化劑的制備方法包括以下步驟:將硫化鈉,氯化鎳和水以質(zhì)量比1∶0.2~0.6∶20混合分散在水溶液中,并且調(diào)節(jié)pH 4~7,攪拌時(shí)間1~2h,之后進(jìn)行水熱,水熱溫度為120~160℃,水熱時(shí)間保持8~12h,把水熱后的樣品過(guò)濾,然后放入蒸餾水中煮沸,過(guò)濾洗滌至中性,于60~100℃干燥1~10h即得到高比表面積的NiS2催化劑。本文中NiS2催化劑的比表面積可達(dá)到215.8m2g-1,還有更多的介孔有利于傳質(zhì),提高電催化性能。
附圖說(shuō)明
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清晰,本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說(shuō)明:
圖1為實(shí)施例1制備的高比表面積的NiS2催化劑的SEM圖;
圖2為實(shí)施例1制備的高比表面積的NiS2催化劑的XRD圖;
圖3為實(shí)施例1制備的高比表面積的NiS2催化劑在0.1M NaOH+0.5M C2H5OH溶液中的循環(huán)伏安曲線圖;
圖4為實(shí)施例1制備的高比表面積的NiS2催化劑的氮?dú)馕摳角€圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種高比表面積的NiS2催化劑制備方法,包括如下步驟:分別將1.6g硫化鈉、0.7g氯化鎳和70ml水置于100ml燒杯中,并且調(diào)節(jié)pH至4,攪拌時(shí)間2h,之后進(jìn)行水熱,水熱溫度為120,水熱時(shí)間保持10h,把水熱后的樣品過(guò)濾,然后放入蒸餾水中煮沸,過(guò)濾洗滌至中性,于60℃干燥10h即得到高比表面積的NiS2催化劑。圖1為制備高比表面積的NiS2催化劑的SEM圖。從圖中明顯的看出納米球,而且這些球是以小顆粒堆積而成,分散比較均一。圖2為催化劑的XRD圖。對(duì)XRD圖分析中,峰值分別在31.5°,35.3°,38.8°,45.1°和53.5°分別對(duì)應(yīng)于NiS2的(200),(210),(211),(220)和(311)晶面,說(shuō)明通過(guò)實(shí)施例1的制備方法得到了高比表面積的NiS2催化劑。圖3為催化劑在0.1M NaOH+0.5M C2H5OH溶液中的循環(huán)伏安曲線圖??梢钥闯龈弑缺砻娣e的NiS2催化劑表現(xiàn)出高的電流密度(45mA cm-2)和高的比表面積(215.8m2g-1),說(shuō)明實(shí)施例1制備的高比表面積的NiS2催化劑具有優(yōu)良的乙醇氧化催化性能,并且通過(guò)測(cè)試計(jì)時(shí)安培,可以得到很高的反應(yīng)速率。循環(huán)500圈以后,仍能保持很好的穩(wěn)定性。
實(shí)施例2
一種高比表面積的NiS2催化劑制備方法,包括如下步驟:分別將1.6g硫化鈉、0.7g氯化鎳和70ml水置于100ml燒杯中,并且調(diào)節(jié)pH至5,攪拌時(shí)間2h,之后進(jìn)行水熱,水熱溫度為120,水熱時(shí)間保持10h,把水熱后的樣品過(guò)濾,然后放入蒸餾水中煮沸,過(guò)濾洗滌至中性,于60℃干燥10h即得到高比表面積的NiS2催化劑。用此方法制備的催化劑相對(duì)于實(shí)例1來(lái)說(shuō),顆粒團(tuán)聚的比較厲害,并且分布不均勻,電流密度(37mA cm-2)和比表面積(130.2m2g-1)明顯下降,其電催化性能不是特別好。
以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例,對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制,在本發(fā)明技術(shù)方案中所采用的各組分的質(zhì)量比范圍內(nèi),還可以作出若干修改和改進(jìn),這些修改和改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。