新材料及其应用

本发明公开了一种氢气电催化氧化催化剂电极材料及其制备方法，第一步，将Ni/N‑rGO纳米材料、水、乙醇和nafion溶液混合，得到催化墨水；第二步，将所述催化墨水涂覆在玻碳电极上，在红外条件下干燥后得到氢气电催化氧化催化剂电极材料。本发明采用了自己制备的Ni/N‑rGO纳米材料，该Ni/N‑rGO纳米材料在制备过程中以氧化石墨和六水合硫酸镍为原材料，使用水合肼和氨水通过水热的方法对氧化石墨进行N掺杂，将Ni单质负载到N掺杂石墨烯载体上。此方法制备纳米材料作为HOR的催化剂，对HOR的催化效果较好，且材料的成本低，制备方法简单，具有很好的应用价值和前景。

氢气为能量的存储和消耗提供了一种清洁高效的选择方式。燃料电池，特别是最近发展迅速的聚合物电解质燃料电池被认为是最有前途的将氢气的化学能转化为电能的装置。氢气燃料电池是基于阳极氢气的氧化反应(HOR)和阴极的氧气还原反应(ORR)两个半反应。Pt是目前为止对HOR和ORR催化活性最高的催化剂。但是考虑到Pt的地球储量少和价格昂贵等因素阻碍了燃料电池商业化的发展。

降低燃料电池成本的一个很有希望的方法是将操作环境从酸性环境转变为碱性环境碱性，由于在碱性电解质相比于酸性电解质对催化剂的腐蚀较低可以使用非贵金属催化剂作为燃料电池的催化剂。

但是，目前人们对在碱性环境中，燃料电池阳极HOR仍然使用Pt基贵金属催化剂，使用非贵金属作为HOR催化剂的研究比较匮乏。二维材料可以作为Ni纳米颗粒的载体，包信和团队，利用六方氮化硼作为反应器，包覆Ni纳米颗粒，具有较好的催化性，在0.1mol/L NaOH电解质中交换电流密度可以达到0.023mA/cm2。碳纳米管、石墨烯等碳材料具有较大的表面积、优良的稳定性和导电性，可作为金属Ni纳米颗粒的载体。N原子的掺杂破坏了碳原子原有的对称结构和共轭结构，同时会提供给碳材料大量的缺陷，这些缺陷在已经证明碱性介质中具有较好的ORR催化活性。北京化工大学的庄仲斌教授团队通过水热法制备的镍负载N掺杂碳纳米管Ni/N-CNT催化剂，碳纳米管边缘的N原子调节了Ni的电子轨道，同时载体与金属Ni纳米颗粒之间的协同作用也提高材料的HOR催化活性。

与现有技术相比，本发明提供了一种氢气电催化氧化催化剂电极材料及其制备方法本，该方法以Ni/N-rGO纳米材料、水、乙醇和nafion溶液按一定的比例混合配成催化墨水，涂覆在玻碳电极上，然后在红外灯下烘干，得到的催化剂墨水电极，经电化学测试实验数据表明该电极材料的HOR催化性能较好；本发明采用了自己制备的Ni/N-rGO纳米材料，该Ni/N-rGO纳米材料在制备过程中以氧化石墨和六水合硫酸镍为原材料，使用水合肼和氨水通过水热的方法对氧化石墨进行N掺杂，将Ni单质负载到氮掺杂石墨烯载体上。此方法制备纳米材料作为HOR的催化剂，对HOR的催化效果较好，且材料的成本低，制备方法简单，具有很好的应用价值和前景。