无金属的磷掺杂石墨烯过氧化氢还原催化剂及制备方法
【专利摘要】本发明提供的是一种无金属的磷掺杂石墨烯过氧化氢还原催化剂及制备方法。按照三苯基膦与石墨烯的质量比4～7:96～93的比例将三苯基膦与石墨烯混均，放入加入炉中，通氩气10min，在氩气保护下在900-1000℃反应5-6h，氩气保护下冷却至室温。本发明以多电子磷取代碳形成P-C键，有利于吸附H2O2，形成了H2O2电还原的活性中心。磷掺杂石墨烯催化剂不仅电化学活性高，而且稳定性好，抗毒化能力强。由于没有贵金属或过渡金属的存在，可抑制H2O2水解反应的发生，减少氧气的产生。大大提高H2O2的电氧化性能和利用率。
【专利说明】无金属的磷掺杂石墨烯过氧化氢还原催化剂及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种过氧化氢还原催化剂，本发明还涉及的是一种过氧化氢还原 催化剂的制备方法。
【背景技术】
[0002] 传统的燃料电池通常以空气中的氧为氧化剂，但是由于空气中有限的含氧量和氧 气在溶液中的溶解度，直接限制了电池的阴极活性；并且在无氧条件下，气态氧携带存储困 难，增加了电池本身系统的复杂性。然而，以过氧化氢为氧化剂的新型燃料电池，由于标准 状态下，过氧化氢为液体，不仅易于携带存储，还可以任意浓度加入到电池内部，简化系统 构造，增加电池活性，已广泛应用于水下和太空作业中。利用过氧化氢取代氧气作为氧化 剂具有以下优点：氧气还原是一个4电子过程，动力学速率慢，而过氧化氢的还原是一个2 电子过程，具有较低的活化过电势，因此具有更快的反应动力学速率；过氧化氢常温下是液 体，储存运输方便，特别适合空间、水下等无氧环境；液相进料使得以过氧化氢为氧化剂的 燃料电池在操作过程中不需要润湿过程，因此燃料电池结构更简单，体积功率密度更大。在 碱性电解液中过氧化氢作为阴极氧化剂可以发生以下还原反应：
[0003] 碱性介质：H202+2e = 20Γ (1)
[0004] 目前，用于过氧化氢电还原催化剂主要有：（1)贵金属及其合金；（2)过渡金属氧 化物，如四氧化三钴、偏钴酸镍等；(3)过渡金属的大环化合物，如铁卟啉、普鲁士蓝、酞菁 钴。无论是贵金属，过渡金属氧化物，还是过渡金属的大环化合物催化剂，H 202的电还原催 化剂，都有一定组分的贵金属或过渡金属存在。也可以说，H20 2的电还原催化剂的主要成分 为贵金属或过渡金属。贵金属或过渡金属催化剂都存在两个问题，一是电还原性能不佳，二 是水解为氧气逸出，参见（2)式。这导致了 H202电还原性能低和利用率低的问题。
[0005] 2H2〇2 = 2H20+〇2 (2)
[0006] 可参阅 Fan Yang, Kui Cheng, Ke Ye, Xue Xiao, Fen Guo, Guiling Wang, Dianxue Cao. Au-and Pd-modified porous Co film supported on Ni foam substrate as the high performance catalysts for H202electroreduction. Journal of Power Sources, 2014, 257:156-162,以及闻鹏，田永梅，包彦彦，曹殿学，王贵领.LaQ.6Sra4Co0 3催 化H202电还原的性能研究·电源技术，2013, 37 (9) : 1544-1545, 1598。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种能提高H202的电氧化性能和利用率的无金属的磷掺 杂石墨烯过氧化氢还原催化剂。本发明的目的还在于提供一种无金属的磷掺杂石墨烯过氧 化氢还原催化剂的制备方法。
[0008] 本发明的无金属的磷掺杂石墨烯过氧化氢还原催化剂由质量比为4?7:96?93 的二苯基勝和石墨稀制成。
[0009] 也可以用碳纳米管、多孔炭替换石墨烯。
【权利要求】
1. 一种无金属的磷掺杂石墨烯过氧化氢还原催化剂，其特征是由质量比为4?7:96? 93的二苯基勝和石墨稀制成。
2. -种无金属的磷掺杂石墨烯过氧化氢还原催化剂的制备方法，其特征是：按照三苯 基膦与石墨烯的质量比4?7:96?93的比例将三苯基膦与石墨烯混均，放入加入炉中，通 氩气lOmin，在氩气保护下在900-KKKTC反应5-6h，氩气保护下冷却至室温。
【文档编号】H01M4/90GK104084225SQ201410298769
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】王贵领, 蔡庄, 宋聪颖, 曹殿学, 王滨 申请人:哈尔滨工程大学