[發(fā)明專利]一種自支撐復(fù)合電催化劑及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810475272.5
• 申請(qǐng)日: 2018-05-17
• 公開（公告）號(hào): CN110496621A
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張兵;韓希鈴;張芳;史艷梅;張競(jìng)方
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/755
• 分類號(hào): B01J23/755;C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 12214 天津創(chuàng)智天誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 王秀奎<國(guó)際申請(qǐng)>=<國(guó)際公布>=<進(jìn)入

本發(fā)明公開了一種自支撐復(fù)合電催化劑及其制備方法和應(yīng)用，所述自支撐復(fù)合電催化劑通過以下方法制備,步驟1，取干凈泡沫鎳；步驟2，稱取0.4?0.6g七水合硫酸鐵和0.2?0.3g尿素于高壓反應(yīng)釜中，再依次加入水和DMF，室溫20?25℃下攪拌至形成均一溶液，然后放入步驟1的泡沫鎳，將高壓反應(yīng)釜密封，置于150?170℃中反應(yīng)7?8小時(shí)；步驟3，取步驟2得到的樣品，利用乙醇和水洗滌，干燥，得到自支撐的Ni(OH)₂?Fe₂O₃/NF復(fù)合電催化劑。本發(fā)明采用一步水熱法，具有成本低，合成溫度底，電催化分解水產(chǎn)氧性能好等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案得到的復(fù)合材料性能優(yōu)于現(xiàn)廣泛使用的貴金屬氧化物催化劑(RuO₂)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新型催化材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種自支撐Ni(OH)₂-Fe₂O₃/NF復(fù)合電催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著能源和環(huán)境問題的日益突出，尋找經(jīng)濟(jì)、清潔、可再生的新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源已經(jīng)成為科學(xué)家們最重要的研究任務(wù)之一。氫能由于來源豐富，燃燒產(chǎn)物無污染，能量利用率高等優(yōu)點(diǎn)受到了人們的廣泛關(guān)注。水是地球上最豐富的資源之一，電催化分解水成為了制氫的理想途徑。而與電催化分解水產(chǎn)氫半反應(yīng)相比，產(chǎn)氧半反應(yīng)本身更為復(fù)雜，該過程受到緩慢的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和較高過電勢(shì)等問題的影響，浪費(fèi)了過多的能量，降低了整個(gè)電催化分解水過程的效率，所以亟需一種價(jià)格低廉，性能優(yōu)異的電催化分解水產(chǎn)氧催化劑來推動(dòng)其發(fā)展。

目前，貴金屬氧化物催化劑，如RuO₂和IrO₂被認(rèn)為是電催化分解水產(chǎn)氧活性最高的催化劑，然而這些貴金屬的實(shí)際應(yīng)用受到儲(chǔ)量稀少、價(jià)格昂貴和穩(wěn)定性差等因素的制約。眾所周知，Ni和Fe是地殼中大量存在的元素，使得NiFe復(fù)合物便宜易得，這也是其作為電催化分解水產(chǎn)氧催化劑的重要因素之一。因此，近年來過渡金屬氧化物、氫氧化物及其衍生物(Ni、Co、Fe)等作為一類性能優(yōu)越的可替代材料引起了研究者的廣泛關(guān)注。

之前報(bào)道的NiFe氫氧化物、氧化物等具有較高的電催化分解水產(chǎn)氧性能，但普遍受到導(dǎo)電性差因素的制約。因此，迫切需要將NiFe復(fù)合物和導(dǎo)電性好的材料結(jié)合在一起，來解決上述問題。本發(fā)明中，采用簡(jiǎn)單的一步水熱反應(yīng)合成了自支撐的Ni(OH)₂-Fe₂O₃/NF復(fù)合電催化劑，將結(jié)晶性的氧化物和非晶的氫氧化物結(jié)合起來，顯著提高了電解水產(chǎn)氧活性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種過程簡(jiǎn)單可控，原料廉價(jià)易得的自支撐Ni(OH)₂-Fe₂O₃/NF復(fù)合電催化劑及其制備方法和應(yīng)用，以克服目前電催化分解水產(chǎn)氧反應(yīng)瓶頸。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：

一種自支撐復(fù)合電催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，取泡沫鎳，利用丙酮和1-5M鹽酸，移除表面的有機(jī)物雜質(zhì)和氧化層，然后用水和乙醇清洗干凈；

步驟2，稱取0.4-0.6g七水合硫酸鐵和0.2-0.3g尿素于高壓反應(yīng)釜中，再依次加入水和DMF，室溫20-25℃下攪拌至形成均一溶液，然后放入步驟1的泡沫鎳，將高壓反應(yīng)釜密封，置于150-170℃中反應(yīng)7-8小時(shí)；

步驟3，取步驟2得到的樣品，利用乙醇和水洗滌，干燥，得到自支撐的Ni(OH)₂-Fe₂O₃/NF復(fù)合電催化劑。

作為優(yōu)選方式，所述步驟2中七水合硫酸鐵質(zhì)量份數(shù)和水的體積份數(shù)比為(0.4-0.6)：(10-15)，其中質(zhì)量份數(shù)的單位為g，體積份數(shù)的單位為ml。