本發(fā)明涉及一種乙醇催化氧化劑的制備方法，具體涉及一種氮摻雜的鎳/碳高性能乙醇氧化催化劑的制備方法。

背景技術(shù)：

近些年來，隨著對能源的需求和對環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，人們對于具有高效、清潔、對人體無毒害的燃料電池等新能源技術(shù)的使用愿望變得越來越迫切。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，且無毒、來源豐富、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。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。這些材料資源稀少，價(jià)格昂貴，且催化過程中易中毒導(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發(fā)的重要內(nèi)容。例如，介孔的Ni/Ni(OH)₂催化劑，提供了大的比表面積，促進(jìn)傳質(zhì)，并有效地提高乙醇氧化反應(yīng)的電催化性能。無模板法制備的高分散介孔NiCo₂O₄催化劑乙醇催化氧化有很好的性能。本發(fā)明利用葡萄糖乙酸鎳和尿素形成了一種非貴金屬催化劑，這對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氮摻雜的鎳/碳高性能乙醇氧化催化劑的制備方法，制備的催化劑對乙醇氧化催化活性和長期穩(wěn)定性有所提高，并且，實(shí)用過程中應(yīng)用的乙醇價(jià)格低廉，方便攜帶，且無毒，具備較高的實(shí)用價(jià)值。

本發(fā)明的氮摻雜的鎳/碳高性能乙醇氧化催化劑的制備方法，包括以下步驟：將葡萄糖、尿素、乙酸鎳和水以1∶0.15～0.6∶0.10～0.55∶15的質(zhì)量比稱量后置于燒杯中，在室溫下攪拌20～60min，在80～100℃干燥8～12h；然后在氮?dú)鈿夥障乱?～5℃/min的升溫速率升溫到600～1000℃，在最高溫度恒溫0～5h；然后在氮?dú)夥諊伦匀唤禍刂潦覝兀徽麴s水中煮沸洗滌至中性，于60～100℃干燥1～10h即得到鎳氮/碳高性能乙醇氧化催化劑。

以葡萄糖為碳源，多孔碳提供了一個(gè)高的比表面積和更多的活性位點(diǎn)，并且微孔促進(jìn)乙醇的擴(kuò)散，以及碳包覆鎳納米粒子使其更穩(wěn)定。小尺寸的鎳納米粒子具有較高的催化活性。此外，氮摻雜提供了豐富的氮官能團(tuán)和更多的催化位點(diǎn)。這些催化劑的結(jié)構(gòu)特征可以提高乙醇氧化的電催化性能，包括更高的電流密度，較低的起始電位和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

附圖說明

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)行說明：

圖1為實(shí)施例1制備的氮摻雜的鎳/碳高性能乙醇氧化催化劑的EDAX圖；

圖2為實(shí)施例1制備的氮摻雜的鎳/碳高性能乙醇氧化催化劑的XRD圖；

圖3為實(shí)施例1制備的氮摻雜的鎳/碳高性能乙醇氧化催化劑在0.1M NaOH+0.5M C₂H₅OH溶液中的循環(huán)伏安曲線圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種氮摻雜的鎳/碳高性能乙醇氧化催化劑制備方法，包括如下步驟：分別將2.0g葡萄糖、2.3g尿素、0.5g乙酸鎳和50ml水置于100ml燒杯中，在室溫下攪拌30min，在80℃干燥12h；然后在氮?dú)鈿夥障乱?℃/min的升溫速率升溫到800℃，在最高溫度恒溫2h；然后在氮?dú)夥諊伦匀唤禍刂潦覝?；蒸餾水中煮沸洗滌至中性，于100℃干燥2h即得到鎳氮/碳高性能乙醇氧化催化劑。圖1為氮摻雜的鎳/碳高性能乙醇氧化催化劑的EDAX圖，從圖中明顯的看出了球狀結(jié)構(gòu)，并且碳氮鎳元素都均勻分布。圖2為制備的氮摻雜的鎳/碳高性能乙醇氧化催化劑的XRD圖，從圖中可以看出面心立方金屬鎳分別對應(yīng)于(111)，(200)和(220)晶面，并且通過計(jì)算可以得出鎳顆粒尺寸的大小。圖3為制備的氮摻雜的鎳/碳高性能乙醇氧化催化劑在0.1M NaOH+0.5M C₂H₅OH溶液中的循環(huán)伏安曲線圖，可以看出鎳氮/碳催化劑表現(xiàn)出很高的電流密度(250mA cm^-2)，并且通過循環(huán)500圈以后，電流密度仍然可以保持90％，說明制備的氮摻雜的鎳/碳催化劑具有優(yōu)良的乙醇氧化催化性能，這良好的性能得益于小的鎳納米顆粒(2.02nm)和豐富的氮官能團(tuán)。

實(shí)施例2

一種氮摻雜的鎳/碳高性能乙醇氧化催化劑制備方法，包括如下步驟：分別將2.0g葡萄糖、1.8g尿素、0.5g乙酸鎳和50ml水置于100ml燒杯中，在室溫下攪拌30min，在80℃干燥12h；然后在氮?dú)鈿夥障乱?℃/min的升溫速率升溫到900℃，在最高溫度恒溫2h；然后在氮?dú)夥諊伦匀唤禍刂潦覝兀徽麴s水中煮沸洗滌至中性，于100℃干燥2h即得到鎳氮/碳高性能乙醇氧化催化劑。由此制備的催化劑形貌比較不規(guī)則，有少量的團(tuán)聚現(xiàn)象，并且分布不均勻，且相對于實(shí)例1，電流密度有所下降(210mA cm^-2)并且鎳納米顆粒明顯增大。

實(shí)施例3

一種氮摻雜的鎳/碳高性能乙醇氧化催化劑制備方法，包括如下步驟：分別將2.0g葡萄糖、1.8g尿素、0.5g乙酸鎳和50ml水置于100ml燒杯中，在室溫下攪拌30min，在80℃干燥12h；然后在氮?dú)鈿夥障乱?℃/min的升溫速率升溫到800℃，在最高溫度恒溫2h；然后在氮?dú)夥諊伦匀唤禍刂潦覝兀徽麴s水中煮沸洗滌至中性，于100℃干燥2h即得到鎳氮/碳高性能乙醇氧化催化劑。由此制備的催化劑形貌相對于實(shí)例1，電流密度有所下降，顆粒尺寸增大，不利于發(fā)生氧化反應(yīng)，并且氮官能團(tuán)減少，沒有更多的活性位點(diǎn)。

以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對本發(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。