[發明專利]一種高效、新穎多孔氮氧化物納米片催化劑電極的制備及其應用

有效

• 申請號: 201810218117.5
• 申請日: 2018-03-16
• 公開（公告）號: CN108468060B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 張興旺;劉偉;雷樂成
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/03;C25B11/06;C25B11/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種高效、新穎多孔氮氧化物納米片催化劑電極(Co₃O_3.62N_0.38)的制備及其應用。多孔Co₃O_3.62N_0.38納米片催化劑的制備以廉價的石墨片為基底，利用電化學沉積的方法，制備出Co(OH)₂前驅體；然后將該前驅體于400攝氏度下在氨氣氛圍中退火處理2小時即可。DFT理論計算表明，多孔Co₃O_3.62N_0.38納米片催化劑具有良好的導電性和優異的對中間體的吸附自由能，因此多孔Co₃O_3.62N_0.38納米片催化劑展現了優異的電化學催化產氧性能，具有超低的電解水過電勢和較低的Tafel。同時，該復合電極的合成方法簡單高效，合成成本經濟低廉，適合電化學分解水的工業應用，具有廣泛的科學意義。

技術領域

本發明涉及電催化分解水技術領域，特別是涉及一種多孔氮氧化物催化劑的制備及其在電化學分解水方面的應用。

背景技術

隨著全球化石能源等不可再生能源的消耗，化石能源的枯竭是不可避免的，能源危機是人類必須面臨的問題。因此，可持續的新型能源(如太陽能、風能、核能、生物質能等)的開發和利用，提高其在整個能源結構中的比例迫在眉睫。但是，這些新型能源的存儲和連續供應性是必須解決的一個問題，其中將其轉化成化學能是一個重要的途徑，如電化學分解水制氫和氧。

在電化學催化分解水產氧體系中，水的氧化和還原反應需要在一定的電極電勢下才能發生，因此開發高效的催化劑以降低反應過程中的過電勢，從而實現能耗的有效降低顯得尤為重要。迄今為止，最有效的產氧催化劑是RuO₂和IrO₂，但是由于貴金屬的高成本和稀缺而限制了其在生產中的工業化應用。近年來，基于過渡金屬基的電解水產氧催化劑，由于其低廉的價格和相對較高的催化活性，引起了研究人員的廣泛關注。研究表明，通過合理調控催化劑的組分和改變催化劑的形貌，可以有效提高催化劑的活性，降低反應的過電勢。雖然如此，過渡金屬基的催化劑的催化活性仍有待于進一步地提高。因此，通過理性設計，用一種簡單的方法制備簡單、廉價、穩定的材料來提高電極催化產氧的能力還有很多工作要做。

發明內容

針對現有的問題，本發明所要解決的問題就是通過理性設計，提供一種高效、新穎氮氧化物催化劑電極的制備及其在電化學水分解方面的應用，實現反應過電勢的有效降低。

為了實現上述目的，本發明主要采用如下技術方案，

一種高效、新穎多孔氮氧化物納米片催化劑電極的制備方法，包括如下步驟：

1)前驅體Co(OH)₂納米片的制備：

配置5-10mM Co(NO₃)₂的溶液作為電解液，室溫條件下，以Graphite為工作電極，石磨棒為對電極，汞/氧化汞電極為參比電極，在-1.42V的條件下，電化學沉積，獲得Co(OH)₂納米片，所述的Co(OH)₂納米片的厚度為10-20nm；

2)Co₃O_3.62N_0.38/Graphite的制備：

將步驟1)中獲得的前驅體，在380-420攝氏度的NH₃氛圍條件下煅燒0.5h 以上，隨后自然冷卻至室溫獲得Co₃O_3.62N_0.38/Graphite電極。

優選的，所述的NH₃氛圍為氨氣含量為百分之十的NH₃/N₂混合氣。