一种燃料电池催化剂及其制备装置的制作方法

本发明涉及催化剂，尤其涉及一种燃料电池催化剂及其制备装置。

背景技术：

1、随着氢能产业链的发展，电催化剂的制备受到广泛关注。目前，商用电催化剂主要是高贵金属含量的催化剂，如铂碳催化剂，其成本居高不下，且长期使用后，存在贵金属易脱落、团聚、长大，从而使催化活性大大降低的问题。催化剂作为反应核心，其成本的降低对整个产业链的发展至关重要。目前，多采用合金化、降低载量、使用非贵金属催化剂等方式，来降低或避免贵金属的使用，从而达到将本的目的。但这些方式，对电极的结构、制备和寿命等又提出了新的挑战。

2、石墨炔，作为继石墨烯之后的一种新的全碳纳米结构材料，具有丰富的碳化学键、大的共轭体系、宽面间距、优良的化学稳定性，被誉为是最稳定的一种人工合成的二炔碳的同素异形体。已有研究表明，将其作为燃料电池电催化剂使用，具有高活性和高稳定性。

3、石墨炔的主要制备方法包括化学还原法、高温裂解法和微波辅助化学反应法。但是，目前化学方法合成的石墨炔产率较低，且生产成本较高，这限制了其大量生产，导致其应用领域受到限制。而高温裂解法能耗高、反应温度高且操作复杂。而微波辅助化学法需要精细的控制，否则产量低，质量差。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决背景技术中的问题，而提出的一种燃料电池催化剂及其制备装置。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种燃料电池催化剂及其制备装置，包括箱体，所述箱体的下侧外壁固定连接有双头电机，所述双头电机的两端驱动端均固定连接有传动杆，位于右侧的所述传动杆的右端固定连接有齿轮一，所述箱体的下侧外壁固定连接有位于齿轮一右侧的立板，所述立板上转动连接有转轴二，所述转轴二多的左端固定连接有与齿轮一相啮合的齿轮二，位于左侧的所述传动杆的左端和转轴二的右端均固定连接有皮带轮一，所述箱体的内侧壁转动连接有延伸至箱体外部的转轴一，两个所述转轴一相远离的端部均固定连接有皮带轮二，位于同一侧的所述皮带轮一和皮带轮二的外壁共同套设有皮带，两个所述转轴一的外壁均对称固定连接有多组混合杆，所述箱体的内底壁设置有刮动机构，所述箱体的上顶壁固定安装有微波发生器，所述微波发生器的输出端固定连接有延伸至箱体内部的连接管一，所述连接管一的下端转动连接有连接管二，所述箱体的内顶壁对称固定连接有位于连接管二外侧的固定杆，两个所述固定杆的下端共同固定连接有罩设在连接管二外部的齿圈，所述连接管二的两端均与齿圈的内壁固定连接，所述连接管二的下端固定插设有多个发射头，所述发射头和微波发生器之间电性连接，所述箱体的上顶壁设置有驱动机构，所述箱体的上顶壁固定插设有进料管，所述箱体的下侧壁固定插设有排料管，所述箱体的右侧壁固定插设有导管，所述箱体的上顶壁固定插设有排气管，所述箱体的上顶壁固定插设有延伸至箱体内部的压力控制器。

4、优选地，所述刮动机构包括对称滑动连接在箱体内底壁上的梯形块，两个所述梯形块上的倾斜壁均和混合杆的外壁相抵接触，两个所述梯形块相远离的一侧壁均固定连接有与箱体内侧壁滑动连接的连接板，两个所述连接板相对的一侧均固定连接有刮板一，位于同一侧的所述刮板一的前侧壁和后侧壁均对称固定连接有连接杆，位于同一侧的两个所述连接杆的外壁均固定套设有多组刮板二。

5、优选地，所述驱动机构包括固定连接在箱体上顶壁的电机，所述电机的驱动端固定连接有延伸至箱体内部的转轴三，所述转轴三的下端固定连接有与齿圈相啮合的齿轮三。

6、优选地，所述箱体的内侧壁对称开设有导向槽，位于同一侧的所述导向槽的内壁均固定连接有滑杆，位于同一侧的所述连接板均滑动连接在滑杆的外壁且与导向槽内壁滑动连接，位于同一侧的所述连接板的前侧壁和导向槽的前侧内壁之间均固定连接有滑动套设在滑杆外壁上的弹簧。

7、优选地，两个所述梯形块的倾斜壁呈交错设置，两个所述梯形块倾斜壁上均开设有与混合杆相匹配的滑槽。

8、优选地，所述进料管、排气管和导管的外壁均设置有阀门。

9、一种燃料电池催化剂及其制备装置的使用方法，包括以下步骤：

10、s1：将粗石墨炔和氧化剂投放到箱体内，氧化剂为硫酸、硝酸、过氧化氢等氧化剂中的一种或多种，氧化剂溶液的物质的量浓度大于10mol/l；

11、s2：启动双头电机和微波发生器，双头电机的驱动端带动左侧皮带轮一和右侧的齿轮一顺时针转动，进而带动左侧的转轴一和左侧的混合杆顺时针转动，同时齿轮一带动与之相啮合的齿轮二、转轴二和右侧皮带轮一逆时针转动，从而带动右侧的转轴一和右侧的混合杆逆时针转动；

12、s3：混合杆转动过程挤压接触梯形块，带动梯形块移动，配合弹簧的使用，使得梯形块、刮板一和刮板二往复的前后移动，从而对箱体底部沉积的混合物进行刮动；

13、s4：配合驱动机构带动齿圈、连接管二和发射头转动，使得微波发生器发射的微波均匀的传递至箱体内，制备过程中要从导管中注入惰性气体；

14、s5：反应一段时间，制备出氧化石墨炔；

15、s6：将氧化石墨炔溶解在超纯水中，与一定量含n源混合，并通惰性气体保护，使用微波发生器，在一定的微波功率下反应一段时间，得到高纯度的石墨炔或氮掺杂石墨炔，含n源可以为胺、腈和硝基化合物等有机小分子中一种或多种。

16、与现有的技术相比，本一种燃料电池催化剂及其制备装置的优点在于：

17、设置双头电机、传动杆、混合杆、微波发生器和刮动机构，将粗石墨炔和氧化剂投放到箱体内，启动双头电机和微波发生器，双头电机的驱动端带动左侧皮带轮一和右侧的齿轮一顺时针转动，进而带动左侧的转轴一和左侧的混合杆顺时针转动，同时齿轮一带动与之相啮合的齿轮二、转轴二和右侧皮带轮一逆时针转动，从而带动右侧的转轴一和右侧的混合杆逆时针转动，通过两组混合杆转动方向相反，使混合杆对箱体内粗石墨炔和氧化剂搅拌的更加充分，从而提高制备效率，此外，混合杆转动过程挤压接触梯形块，带动梯形块移动，配合弹簧的使用，使得梯形块、刮板一和刮板二往复的前后移动，从而对箱体底部沉积的混合物进行刮动，从而提高制备的品质，配合驱动机构带动齿圈、连接管二和发射头转动，使得微波发生器发射的微波均匀的传递至箱体内，从而保证催化剂制备的效果，制备过程中要从导管中注入惰性气体，通过微波法制备石墨炔，避免了对超高温炉的需求，缩短了生产周期的同时避免了产生的氢气在长时超高温环境下存在的风险。在制备过程中，通入惰性气体，避免了大量产生的氢气可能带来的安全隐患，微波加热法进行氧化石墨炔的还原，同时掺入含n有机小分子，并通入惰性气体保护，通过功率和时间控制，使氧化石墨炔被还原为石墨炔的同时完成氮的掺杂。避免了传统加热至高温时需要的超高温环境和时间消耗；

18、综上所述，本发明通过微波法制备石墨炔，避免了对超高温炉的需求，缩短了生产周期的同时避免了产生的氢气在长时超高温环境下存在的风险。在制备过程中，通入惰性气体，避免了大量产生的氢气可能带来的安全隐患，微波加热法进行氧化石墨炔的还原，同时掺入含n有机小分子，并通入惰性气体保护，通过功率和时间控制，使氧化石墨炔被还原为石墨炔的同时完成氮的掺杂。避免了传统加热至高温时需要的超高温环境和时间消耗。