[0040] 以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明,但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
[0041] 实施例1
[0042] 一种燃料电池的纳米金刚石基非铂催化剂制备方法,首先对硅基片进行表面处理,在硅片表面覆盖掩膜板,接着通入碳源、硼源沉积P型纳米金刚石薄膜阵列;然后对阵列尖锥进行强氧化性酸处理,用氢氟酸将硅基底刻蚀;最后在氮源、金属Cu混合作用下热处理,热处理温度为900℃,接触时间15秒,然后迅速降温到100℃以下,获得自支撑的双掺杂三维金刚石基催化剂。本实施例中选用的氮源是液态氮源,具体的液态氮源是三聚氰胺;选用的硼源为硼烷气体,碳源为甲烷气体。酸处理中使用的酸是浓硫酸。上述P型纳米金刚石薄膜厚度20μm,晶粒为纳米晶型,晶粒大小3nm,沉积的纳米晶型具有高石墨相的特征。
[0043] 将本发明制备得到的纳米金刚石基非铂催化剂应用于甲醇燃料电池,测得甲醇氧化电位为0.67V,而使用Pt基材料作为催化剂,甲醇氧化电位为0.6V左右,这说明本方案制备得到的纳米金刚石基非铂催化剂与Pt基材料性能大致相同。
[0044] 实施例2
[0045] 一种燃料电池的纳米金刚石基非铂催化剂制备方法,首先对硅基片进行表面处理,在硅片表面覆盖掩膜板,接着通入碳源、硼源沉积P型纳米金刚石薄膜阵列;然后对阵列尖锥进行强氧化性酸处理,用氢氟酸将硅基底刻蚀;最后在氮源、金属Co混合作用下热处理,热处理温度为850℃,接触时间20秒,然后迅速降温到100℃以下,获得自支撑的双掺杂三维金刚石基催化剂。本实施例中选用的氮源是液态氮源,具体的液态氮源是氨水;选用的硼源为硼烷气体,碳源为甲烷气体。酸处理中使用的酸是浓硝酸。上述P型纳米金刚石薄膜厚度25μm,晶粒为纳米晶型,晶粒大小5nm,沉积的纳米晶型具有高石墨相的特征。
[0046] 将本发明制备得到的纳米金刚石基非铂催化剂应用于甲醇燃料电池,测得甲醇氧化电位为0.69V,而使用Pt基材料作为催化剂,甲醇氧化电位为0.6V左右,这说明本方案制备得到的纳米金刚石基非铂催化剂与Pt基材料性能大致相同。
[0047] 实施例3
[0048] 一种燃料电池的纳米金刚石基非铂催化剂制备方法,首先对硅基片进行表面处理,在硅片表面覆盖掩膜板,接着通入碳源、硼源沉积P型纳米金刚石薄膜阵列;然后对阵列尖锥进行强氧化性酸处理,用氢氟酸将硅基底刻蚀;最后在氮源、金属Ni溶液混合作用下热处理,热处理温度为950℃,接触时间20秒,然后迅速降温到100℃以下,获得自支撑的双掺杂三维金刚石基催化剂。本实施例中选用的氮源是液态氮源,具体的液态氮源是三聚氰胺和氨水中的混合;选用的硼源为硼烷气体,碳源为甲烷气体。酸处理中使用的酸是浓硝酸。上述P型纳米金刚石薄膜厚度30μm,晶粒为纳米晶型,晶粒大小5nm,沉积的纳米晶型具有高石墨相的特征。
[0049] 将本发明制备得到的纳米金刚石基非铂催化剂应用于甲醇燃料电池,测得甲醇氧化电位为0.61V,而使用Pt基材料作为催化剂,甲醇氧化电位为0.6V左右,这说明本方案制备得到的纳米金刚石基非铂催化剂与Pt基材料性能大致相同。
[0050] 实施例4
[0051] 一种燃料电池的纳米金刚石基非铂催化剂制备方法,首先对硅基片进行表面处理,在硅片表面覆盖掩膜板,接着通入碳源、硼源沉积P型纳米金刚石薄膜阵列;然后对阵列尖锥进行强氧化性酸处理,用氢氟酸将硅基底刻蚀;最后在氮源、金属Cu、Co混合、混合作用下热处理,热处理温度为900℃,接触时间25秒,然后迅速降温到100℃以下,获得自支撑的双掺杂三维金刚石基催化剂。本实施例中选用的氮源是液态氮源,具体的液态氮源是三聚氰胺、氨水的混合;选用的硼源为硼烷气体,碳源为甲烷气体。酸处理中使用的酸是浓硝酸。上述P型纳米金刚石薄膜厚度25μm,晶粒为纳米晶型,晶粒大小8nm,沉积的纳米晶型具有高石墨相的特征。
[0052] 将本发明制备得到的纳米金刚石基非铂催化剂应用于甲醇燃料电池,测得甲醇氧化电位为0.71V,而使用Pt基材料作为催化剂,甲醇氧化电位为0.6V左右,这说明本方案制备得到的纳米金刚石基非铂催化剂与Pt基材料性能大致相同。
[0053] 实施例5
[0054] 一种燃料电池的纳米金刚石基非铂催化剂制备方法,首先对硅基片进行表面处理,在硅片表面覆盖掩膜板,接着通入碳源、硼源沉积P型纳米金刚石薄膜阵列;然后对阵列尖锥进行强氧化性酸处理,用氢氟酸将硅基底刻蚀;最后在氮源、金属Ni混合作用下热处理,热处理温度为850℃,接触时间25秒,然后迅速降温到100℃以下,获得自支撑的双掺杂三维金刚石基催化剂。本实施例中选用的氮源是液态氮源,具体的液态氮源是氨水;选用的硼源为硼烷气体,碳源为甲烷气体。酸处理中使用的酸是浓硝酸。上述P型纳米金刚石薄膜厚度30μm,晶粒为纳米晶型,晶粒大小8nm,沉积的纳米晶型具有高石墨相的特征。
[0055] 将本发明制备得到的纳米金刚石基非铂催化剂应用于甲醇燃料电池,测得甲醇氧化电位为0.77V,而使用Pt基材料作为催化剂,甲醇氧化电位为0.6V左右,这说明本方案制备得到的纳米金刚石基非铂催化剂与Pt基材料性能大致相同。
[0056] 实施例6
[0057] 一种燃料电池的纳米金刚石基非铂催化剂制备方法,首先对硅基片进行表面处理,在硅片表面覆盖掩膜板,接着通入碳源、硼源沉积P型纳米金刚石薄膜阵列;然后对阵列尖锥进行强氧化性酸处理,用氢氟酸将硅基底刻蚀;最后在氮源、金属Co混合作用下热处理,热处理温度为900℃,接触时间20秒,然后迅速降温到100℃以下,获得自支撑的双掺杂三维金刚石基催化剂。本实施例中选用的氮源是液态氮源,具体的液态氮源是三聚氰胺;选用的硼源为硼烷气体,碳源为甲烷气体。酸处理中使用的酸是浓硝酸。上述P型纳米金刚石薄膜厚度大于30μm,晶粒为纳米晶型,晶粒大小8nm,沉积的纳米晶型具有高石墨相的特征。
[0058] 将本发明制备得到的纳米金刚石基非铂催化剂应用于甲醇燃料电池,测得甲醇氧化电位为0.65V,而使用Pt基材料作为催化剂,甲醇氧化电位为0.6V左右,这说明本方案制备得到的纳米金刚石基非铂催化剂与Pt基材料性能大致相同。
[0059] 对比例1
[0060] 一种燃料电池的纳米金刚石基非铂催化剂制备方法,首先对硅基片进行表面处理,在硅片表面覆盖掩膜板,接着通入碳源、硼源沉积P型纳米金刚石薄膜阵列;然后对阵列尖锥进行强氧化性酸处理,用氢氟酸将硅基底刻蚀;最后在氮源、金属Cu混合作用下热处理,热处理温度为1100℃,接触时间15秒,然后迅速降温到100℃以下,获得自支撑的双掺杂三维金刚石基催化剂。本实施例中选用的氮源是液态氮源,具体的液态氮源是三聚氰胺;选用的硼源为硼烷气体,碳源为甲烷气体。酸处理中使用的酸是浓硫酸。上述P型纳米金刚石薄膜厚度20μm,晶粒为纳米晶型,晶粒大小3nm,沉积的纳米晶型具有高石墨相的特征。
[0061] 将本发明制备得到的纳米金刚石基非铂催化剂应用于甲醇燃料电池,测得甲醇氧化电位为1.1V,与实施例1相比,本方案的区别在于热处理温度高于1000℃,使得金刚石发生变化,最后制得的催化剂用于燃料电池,其催化效果并不明显。
[0062] 对比例2
[0063] 一种燃料电池的纳米金刚石基非铂催化剂制备方法,首先对硅基片进行表面处理,在硅片表面覆盖掩膜板,接着通入碳源、硼源沉积P型纳米金刚石薄膜阵列;然后对阵列尖锥进行强氧化性酸处理,用氢氟酸将硅基底刻蚀;最后在氮源、金属Co混合作用下热处理,热处理温度为850℃,接触时间5分钟,然后迅速降温到100℃以下,获得自支撑的双掺杂三维金刚石基催化剂。本实施例中选用的氮源是液态氮源,具体的液态氮源是氨水;选用的硼源为硼烷气体,碳源为甲烷气体。酸处理中使用的酸是浓硝酸。上述P型纳米金刚石薄膜厚度25μm,晶粒为纳米晶型,晶粒大小5nm,沉积的纳米晶型具有高石墨相的特征。
[0064] 将本发明制备得到的纳米金刚石基非铂催化剂应用于甲醇燃料电池,测得甲醇氧化电位为1.29V,与实施例2相比,本方案的区别在于热处理时间过长,使得金刚石在高温作用下变成石墨,最后制得的催化剂用于燃料电池,其催化效果并不明显。
[0065] 对比例3
[0066] 一种燃料电池的纳米金刚石基非铂催化剂制备方法,首先对硅基片进行表面处理,在硅片表面覆盖掩膜板,接着通入碳源、硼源沉积P型纳米金刚石薄膜阵列;然后对阵列尖锥进行强氧化性酸处理,用氢氟酸将硅基底刻蚀;最后在氮源、金属Ni混合作用下热处理,热处理温度为950℃,接触时间20秒,待其自然冷却,获得自支撑的双掺杂三维金刚石基催化剂。本实施例中选用的氮源是液态氮源,具体的液态氮源是三聚氰胺和氨水中的混合;选用的硼源为硼烷气体,碳源为甲烷气体。酸处理中使用的酸是浓硝酸。上述P型纳米金刚石薄膜厚度30μm,晶粒为纳米晶型,晶粒大小5nm,沉积的纳米晶型具有高石墨相的特征。
[0067] 将本发明制备得到的纳米金刚石基非铂催化剂应用于甲醇燃料电池,测得甲醇氧化电位为0.81V,与实施例3相比,本方案的区别在于未迅速对热处理后的混合溶液降温,使得最后制备得到的催化剂性能下降。
[0068] 对比例4
[0069] 一种燃料电池的纳米金刚石基非铂催化剂制备方法,首先对硅基片进行表面处理,在硅片表面覆盖掩膜板,接着通入碳源、硼源沉积P型纳米金刚石薄膜阵列;然后对阵列尖锥进行强氧化性酸处理,用氢氟酸将硅基底刻蚀;最后在氮源、金属Cu、Co混合、混合作用下热处理,热处理温度为900℃,接触时间25秒,然后迅速降温到100℃以下,获得自支撑的双掺杂三维金刚石基催化剂。本实施例中选用的氮源是液态氮源,具体的液态氮源是三聚氰胺、氨水的混合;选用的硼源为硼烷气体,碳源为甲烷气体。酸处理中使用的酸是浓硝酸。上述P型纳米金刚石薄膜厚度10μm,晶粒为纳米晶型,晶粒大小8nm,沉积的纳米晶型具有高石墨相的特征。
[0070] 将本发明制备得到的纳米金刚石基非铂催化剂应用于甲醇燃料电池,测得甲醇氧化电位为0.81V,与实施例4相比,本方案的区别在于金刚石薄膜厚度更薄,使得最后制备得到的催化剂性能下降。
[0071] 对比例5
[0072] 一种燃料电池的纳米金刚石基非铂催化剂制备方法,首先对硅基片进行表面处理,在硅片表面覆盖掩膜板,接着通入碳源、硼源沉积P型纳米金刚石薄膜阵列;然后对阵列尖锥进行强氧化性酸处理,用氢氟酸将硅基底刻蚀;最后在氮源、金属Ni混合作用下热处理,热处理温度为850℃,接触时间25秒,然后迅速降温到100℃以下,获得自支撑的双掺杂三维金刚石基催化剂。本实施例中选用的氮源是液态氮源,具体的液态氮源是氨水;选用的硼源为硼烷气体,碳源为甲烷气体。酸处理中使用的酸是浓硝酸。上述P型纳米金刚石薄膜厚度30μm,晶粒为纳米晶型,晶粒大小20nm,沉积的纳米晶型具有高石墨相的特征。
[0073] 将本发明制备得到的纳米金刚石基非铂催化剂应用于甲醇燃料电池,测得甲醇氧化电位为0.87V,与实施例5相比,本方案的区别在于晶粒大小20nm大于了实施例中的8nm,使得最后制备得到的催化剂性能下降。
[0074] 对比例6
[0075] 一种燃料电池的纳米金刚石基非铂催化剂制备方法,首先对硅基片进行表面处理,在硅片表面覆盖掩膜板,接着通入碳源、硼源沉积P型纳米金刚石薄膜阵列;用氢氟酸将硅基底刻蚀;最后在氮源、金属Co混合作用下热处理,热处理温度为900℃,接触时间20秒,然后迅速降温到100℃以下,获得自支撑的双掺杂三维金刚石基催化剂。本实施例中选用的氮源是液态氮源,具体的液态氮源是三聚氰胺;选用的硼源为硼烷气体,碳源为甲烷气体。上述P型纳米金刚石薄膜厚度30μm,晶粒为纳米晶型,晶粒大小8nm,沉积的纳米晶型具有高石墨相的特征。
[0076] 将本发明制备得到的纳米金刚石基非铂催化剂应用于甲醇燃料电池,测得甲醇氧化电位为0.95V,与实施例5相比,本方案的区别在于未对阵列尖锥进行强氧化性酸处理,使得最后制备得到的催化剂性能下降。