[發明專利]一種鐵摻雜二硒化鈷復合氮摻雜碳材料的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201810123010.2
• 申請日: 2018-02-07
• 公開（公告）號: CN108374179B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 張興旺;吳曉琳;劉偉;鄭國奎;雷樂成
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種鐵摻雜二硒化鈷復合氮摻雜碳材料的制備方法及應用。該方法以金屬有機骨架ZIF?67為前驅體，利用三價鐵離子刻蝕得到鐵修飾的Fe?ZIF?67，將Fe?ZIF?67在高溫下用硒蒸汽進行炭化和硒化，得到氮摻雜多孔碳負載的鐵摻雜二硒化鈷(Fe?CoSe₂@NC)粉末狀電極材料。將Fe?CoSe₂@NC粉末制成漿料刷涂在導電碳纖維紙上制成Fe?CoSe₂@NC/CFP電極。Fe?CoSe₂@NC/CFP電極的電化學催化產氫性能指標為：Tafel斜率為40.9mV/decade；達到10mA/cm²電流密度的過電勢為?0.143V(vs RHE)。同時，該組裝電極具有優良的電化學穩定性，在48小時恒電流穩定性測試中，沒有出現明顯的電壓波動。該復合電極合成方法簡單高效、綠色環保，原料和合成成本低，適合電化學分解水產氫的工業應用，具有廣泛的科學意義。

技術領域

本發明涉及一種電催化分解水復合電極，尤其涉及一種高效電催化分解水產氫復合電極的制備方法與應用，屬于電解水制氫領域。

背景技術

隨著全球煤、石油等化石能源消耗量的日益增長，嚴重的環境污染和未來能源危機是人類必須面臨的問題。開發高效的、可再生的清潔能源,如太陽能、風能、水能、生物質能以及由此衍生的電能，提高其在整個能源結構中的比例迫在眉睫。在眾多的新型能源中，如何實現新能源的存儲和連續供應是一個非常關鍵的問題，其中將其轉化為化學能是一個主要的途徑，例如電分解水制氫。研制高效的電解水產氫催化劑對于提高電解水制氫過程中能源的利用效率至關重要，迄今為止，最高效的產氫催化劑是貴金屬鉑，但是其高成本和稀缺性限制了其在電解水制氫反應中的大規模應用。而基于過渡金屬(鐵、鈷、鎳等)的化合物在電解水產氫領域展現了不錯的潛能，其低廉的價格和相對高的催化活性引起了研究人員的廣泛關注。因此，用一種簡單的方法制備廉價、高效、穩定的過渡金屬化合物來替代貴金屬鉑作為電極催化產氫材料，是目前具有重要研究意義的一項工作。

發明內容

本發明所要解決的問題就是提供一種采用簡單溫和的制備方法，合成高效、成本低、穩定性好的電解水催化產氫電極材料。

本發明的另一目的在于提供電解水產氫復合催化電極材料的制備方法。

本發明再有一目的在于提供粉末電極材料在酸性電解水產氫中的應用方法。

本發明主要采用如下技術方案實現：

一種鐵摻雜二硒化鈷復合氮摻雜碳材料的制備方法,包括如下步驟：

1)ZIF-67制備：將Co(NO₃)₂·6H₂O和2-甲基咪唑分別溶解在甲醇溶劑中，室溫條件下混合攪拌反應，生成紫色的沉淀，即為產物ZIF-67，將ZIF-67沉淀反復洗滌直至得到澄清無色的上清液，將沉淀物離心分離，干燥備用；

2)Fe-ZIF-67制備：將Fe(NO₃)₃·9H₂O溶解于乙醇或水中得到含有硝酸鐵的乙醇溶液或含有硝酸鐵的水溶液；取步驟1)中得到的產物ZIF-67均勻分散在乙醇或水中，緩慢加入含有硝酸鐵的乙醇溶液或含有硝酸鐵的水溶液，并攪拌，利用Fe³⁺水解產生的氫質子刻蝕ZIF-67釋放出Co²⁺,隨著氫質子的消耗，Fe³⁺和Co²⁺發生共沉淀在ZIF-67顆粒上，得到鐵修飾的Fe-ZIF-67；

3)Fe-CoSe₂@NC制備:將步驟2)中得到的Fe-ZIF-67粉末利用硒蒸汽在350-500℃條件下進行炭化和硒化，得到黑色粉末狀的氮摻雜多孔碳負載的鐵摻雜二硒化鈷復合電極材料，即Fe-CoSe₂@NC電極材料。