技术领域

本发明属于新能源材料领域，特别涉及一种燃料电池用改性电极材料及其制备方法。

背景技术

现有传统能源如石油、天然气、煤，石油气均属不可再生资源，地球上存量有限，而人类生存又时刻离不开能源，所以必须寻找新的能源。随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源、能源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。氢正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时，人们期待的新的二次能源。氢位于元素周期表之首，原子序数为1，常温常压下为气态，超低温高压下为液态。氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。21世纪，我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划，并且目前我国已在氢能领域取得了多方面的进展，在不久的将来有望成为氢能技术和应用领先的国家之一，也被国际公认为最有可能率先实现氢燃料电池和氢能汽车产业化的国家。

在工业上通常采用如下几种方法制取氢气：一是将水蒸气通过灼热的焦炭(称为碳还原法)，得到纯度为75％左右的氢气；二是将水蒸气通过灼热的铁，得到纯度在97％以下的氢气；三是由水煤气中提取氢气，得到的氢气纯度也较低；第四种方法就是电解水法，制得的氢气纯度可高达99％以上，这是工业上制备氢气的一种重要方法。但是为了提高电解水制氢的效率，要使用一种有效的催化剂。然而现有电极材料方面在制氢工艺过程中转化率低、转化时间长，影响氢气的快速高效制取。

发明内容

针对上述现有技术中制氢电极材料的不足，本发明的目的是提供一种燃料电池用改性电极材料及其制备方法，以促进电极反应过程中的电子传递，增强电极的电化学性能，提高制氢效率。

为实现本发明目的技术方案如下：

一种燃料电池用改性电极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将钡源2-4份、钛源3-5份、锶源1-3份加入20-30份去离子水中形成混合溶液，边搅拌边加入10-15份氨水和5-9份硼氢化钾；以速率1-4℃/min将温度升高至180-220℃，保温反应5-10h；随后过滤、洗涤、干燥后放入马弗炉中在温度400-500℃焙烧2-4h；

S2：将5-8份氧化石墨烯中加入30-40份去离子水，于常温下1500-2000W下超声分散20-30min；随后加入硬脂酸锌7-10份、羧酸甘油酯8-12份，边搅拌边升高温度至80-120℃，搅拌反应30-40min；

S3：将步骤S1所得产物加入步骤S2中，继续升高温度至140-160℃，保温5-10h，将得到的产物离心后，用去离子水洗涤、干燥，于250-300℃焙烧1-3h，即可获得燃料电池用改性电极材料。

优选的，步骤S1中所述钡源为氯化钡或溴化钡中的一种；所述钛源为二硫化钛；所述锶源为氯化锶。

优选的，步骤S1中所述钡源3份、钛源4份、锶源2份、去离子水30份、氨水12份和硼氢化钾7份。

优选的，步骤S1中以速率3℃/min将温度升高至200℃，保温反应8h；放入马弗炉中在温度480℃焙烧3h。

优选的，步骤S2中所述氧化石墨烯7份、去离子水35份、硬脂酸锌9份和羧酸甘油酯10份。

优选的，步骤S2中于常温下1800W下超声分散25min；升高温度至100℃，搅拌反应35min。

优选的，步骤S3中继续升高温度至150℃，保温8h，于280℃焙烧2.5h。

上述任意一条制备方法制备得到的燃料电池用改性电极材料。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明所述一种燃料电池用改性电极材料的制备方法，以钡源、钛源和锶源制备出类钛矿型的催化活性材料；并对氧化石墨烯进行改性，改变其原有表面基团，使其在后续与催化活性材料结合时更加契合，提高催化活性和催化效率，促进电极反应过程中的电子传递，增强电极的电化学性能，进而大幅度提高制氢转化率和效率。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

S1：将氯化钡2份、二硫化钛5份、氯化锶3份加入20份去离子水中形成混合溶液，边搅拌边加入15份氨水和5份硼氢化钾；以速率1℃/min将温度升高至180℃，保温反应10h；随后过滤、洗涤、干燥后放入马弗炉中在温度400℃焙烧2h；

S2：将5份氧化石墨烯中加入40份去离子水，于常温下2000W下超声分散20min；随后加入硬脂酸锌10份、羧酸甘油酯8份，边搅拌边升高温度至120℃，搅拌反应30min；

S3：将步骤S1所得产物加入步骤S2中，继续升高温度至140℃，保温5h，将得到的产物离心后，用去离子水洗涤、干燥，于250℃焙烧3h，即可获得燃料电池用改性电极材料。

实施例2

S1：将氯化钡4份、二硫化钛3份、氯化锶1份加入30份去离子水中形成混合溶液，边搅拌边加入10份氨水和9份硼氢化钾；以速率4℃/min将温度升高至220℃，保温反应5h；随后过滤、洗涤、干燥后放入马弗炉中在温度500℃焙烧4h；

S2：将8份氧化石墨烯中加入30份去离子水，于常温下1500W下超声分散30min；随后加入硬脂酸锌7份、羧酸甘油酯12份，边搅拌边升高温度至80℃，搅拌反应40min；

S3：将步骤S1所得产物加入步骤S2中，继续升高温度至160℃，保温10h，将得到的产物离心后，用去离子水洗涤、干燥，于300℃焙烧1h，即可获得燃料电池用改性电极材料。

实施例3

S1：将溴化钡3份、二硫化钛5份、氯化锶2份加入25份去离子水中形成混合溶液，边搅拌边加入12份氨水和7份硼氢化钾；以速率2℃/min将温度升高至190℃，保温反应7h；随后过滤、洗涤、干燥后放入马弗炉中在温度430℃焙烧2.5h；

S2：将8份氧化石墨烯中加入35份去离子水，于常温下1700W下超声分散22min；随后加入硬脂酸锌8份、羧酸甘油酯10份，边搅拌边升高温度至90℃，搅拌反应32min；

S3：将步骤S1所得产物加入步骤S2中，继续升高温度至145℃，保温6.5h，将得到的产物离心后，用去离子水洗涤、干燥，于270℃焙烧1.5h，即可获得燃料电池用改性电极材料。

实施例4

S1：将溴化钡4份、二硫化钛3份、氯化锶1份加入28份去离子水中形成混合溶液，边搅拌边加入14份氨水和9份硼氢化钾；以速率4℃/min将温度升高至210℃，保温反应9h；随后过滤、洗涤、干燥后放入马弗炉中在温度480℃焙烧3.5h；

S2：将6份氧化石墨烯中加入38份去离子水，于常温下1900W下超声分散28min；随后加入硬脂酸锌10份、羧酸甘油酯12份，边搅拌边升高温度至110℃，搅拌反应37min；

S3：将步骤S1所得产物加入步骤S2中，继续升高温度至158℃，保温8.5h，将得到的产物离心后，用去离子水洗涤、干燥，于290℃焙烧2.5h，即可获得燃料电池用改性电极材料。

实施例5

S1：将氯化钡3份、二硫化钛4份、氯化锶2份加入30份去离子水中形成混合溶液，边搅拌边加入12份氨水和7份硼氢化钾；以速率3℃/min将温度升高至200℃，保温反应8h；随后过滤、洗涤、干燥后放入马弗炉中在温度480℃焙烧3h；

S2：将7份氧化石墨烯中加入35份去离子水，于常温下1800W下超声分散25min；随后加入硬脂酸锌9份、羧酸甘油酯10份，边搅拌边升高温度至100℃，搅拌反应35min；

S3：将步骤S1所得产物加入步骤S2中，继续升高温度至150℃，保温8h，将得到的产物离心后，用去离子水洗涤、干燥，于280℃焙烧2.5h，即可获得燃料电池用改性电极材料。

经检测，各个实施例所述燃料电池用改性电极材料的性能如下：

本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。