[發(fā)明專利]一種電催化劑及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710895844.0
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107597148B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王新煒;熊威
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學深圳研究生院
• 主分類號: B01J27/043
• 分類號: B01J27/043;B01J37/02;B01J35/06;C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 44268 深圳市君勝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 王永文;劉文求

本發(fā)明公開一種電催化劑及其制備方法，其制備方法包括以下步驟：在基底上用CVD的方法生長納米結(jié)構(gòu)形成新的基底；利用原子層沉積技術(shù)，在所述新的基底上沉積FeS_y薄膜，所述FeS_y薄膜由一個或多個循環(huán)的FeS_y沉積累積得到；在所述FeS_y薄膜上沉積CoS_y薄膜，所述CoS_y薄膜由一個或多個循環(huán)的CoS_y沉積得到，再交替沉積FeS_y薄膜和CoS_y薄膜多次，制備得到Fe_xCo_1?xS_y薄膜；其中，x=0?1，y=0?2。本發(fā)明制備的電催化劑具有成分可調(diào)、電催化活性高、性能穩(wěn)定的特性；另外，本發(fā)明的制備方法的工藝簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電催化劑領(lǐng)域，尤其涉及一種電催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著化石能源消耗及環(huán)境污染問題的日益嚴重，清潔能源的開發(fā)是應對這一危機的重要途徑。其中，通過電解水生產(chǎn)綠色的燃料氫氣成為研究的熱點。由于大部分的電化學反應都遭受動力學障礙，需要有效的催化劑來促進反應，因此，開發(fā)低成本且高效的電催化劑是許多電化學能量轉(zhuǎn)換和存儲的技術(shù)難點與瓶頸。

電解水包含兩個半電池反應即：陰極發(fā)生析氫反應，陽極發(fā)生析氧反應，兩種反應都進行的很慢需要催化劑。傳統(tǒng)的催化劑都是一些貴金屬以及其化合物如Pt、IrO₂和RuO₂。但是，昂貴的價格明顯限制了貴金屬以及其化合物催化劑的大規(guī)模的商業(yè)化。

最近的研究方向轉(zhuǎn)移到了非貴金屬催化劑上如Fe、Co、Ni、Mo、W。由于電催化反應大部分只是一個表面過程，從應用的角度來看，催化活性通常與電極的幾何面積的歸一化有關(guān)。納米結(jié)構(gòu)的催化劑能夠創(chuàng)造較粗糙的表面從而有效的促進整體的催化活性。因此，人們對納米結(jié)構(gòu)非貴金屬催化劑的合成進行了大量的研究。對于高效的電催化材料，其表面同反應中間體的結(jié)合能既不能太高也不能太低，因為太低的會導致吸附反應中間體困難，而太高則會導致反應中間體很難脫離催化劑表面，使得催化劑中毒。因此，通過調(diào)整合金的成分，使得吸附自由能和催化活性通過微調(diào)來達到高效催化劑成為一種重要的技術(shù)手段。催化劑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與成分優(yōu)化相一致是電催化劑合成技術(shù)的難點，現(xiàn)有技術(shù)中的溶劑熱法難以有效控制各種合成因素、工藝復雜，無法大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種電催化劑及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中電催化劑活性低、生產(chǎn)效率低、工藝復雜、價格昂貴、無法滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種電催化劑的制備方法，包括以下步驟：

在基底上用CVD的方法生長納米結(jié)構(gòu)形成新的基底；

利用原子層沉積技術(shù)，在所述新的基底上沉積CoS_y薄膜，所述CoS_y薄膜由一個或多個循環(huán)的CoS_y沉積累積得到；在所述CoS_y薄膜上沉積FeS_y薄膜，所述FeS_y薄膜由一個或多個循環(huán)的FeS_y沉積得到，再交替沉積CoS_y薄膜和FeS_y薄膜多次，制備得到Fe_xCo_1-xS_y薄膜；其中，x＝0-1，y＝0-2。

所述的電催化劑的制備方法，其中，所述基底包括碳布、導電玻璃、錫摻雜氧化銦、聚對苯二甲酸乙二醇酯中的一種。

所述的電催化劑的制備方法，其中，所述碳布由直徑為10μm的碳纖維組成。