[發(fā)明專利]一種二氧化鈰基納米電催化析氫催化劑及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810553237.0
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108786825B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱敏;馬強(qiáng);任花萍;代嬈;張靜;劉晨;劉戈
• 申請（專利權(quán)）人: 西京學(xué)院
• 主分類號: B01J23/83
• 分類號: B01J23/83;C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 夏艷

本發(fā)明提供一種二氧化鈰基納米電催化析氫催化劑，包括多孔鎳和負(fù)載在其上的過渡金屬摻雜的二氧化鈰，其中所述過渡金屬選自Co²⁺、Ni²⁺中的至少一種，所述過渡金屬均勻分散在所述二氧化鈰中；所述催化劑的制備方法，包括以下步驟：以Ce³⁺和過渡金屬M為金屬離子、異煙酸為有機(jī)配體、多孔鎳為載體合成多孔鎳負(fù)載的含過渡金屬M的鈰基金屬有機(jī)框架，其中所述M選自Co²⁺、Ni²⁺中的至少一種；將所述多孔鎳負(fù)載的含過渡金屬M的鈰基金屬有機(jī)框架在空氣中進(jìn)行煅燒得到所述二氧化鈰基納米電催化析氫催化劑。所述催化劑中的過渡金屬離子均勻分散在CeO₂基體中，同時具有大的比表面積，具有高的電催化析氫活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電催化析氫技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種二氧化鈰基納米電催化析氫催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

氫能作為一種高效的、清潔的、可再生能源，是新型能源體系中一類重要的能源，可以代替化石燃料。氫能具有許多獨特的優(yōu)點，比如：資源豐富、燃燒熱值高、清潔環(huán)保等。電解水制氫技術(shù)是目前人類熟知的應(yīng)用相當(dāng)廣泛的制備氫氣的方法，電解水制氫的方法就是利用外加電源的作用促使水發(fā)生電解反應(yīng)制備出氫氣，其具有流程簡單、無污染、可循環(huán)利用等優(yōu)點。但是在電解水制氫過程中，存在一大問題，那就是能量消耗過大的問題，這制約了該技術(shù)更大規(guī)模的使用。為了解決這一問題，有效的降低析氫過電位才能減少電解制氫過程中的能耗。所以研究具有高的催化活性、低的過電位的陰極析氫材料是目前亟待解決的問題。現(xiàn)在常用的催化劑是鉑族貴金屬催化劑，它是一種析氫效率最高的電催化劑，能夠在非常接近熱力學(xué)反應(yīng)電動勢的電壓下實現(xiàn)析氫反應(yīng)。但是，由于貴金屬資源稀少，價格昂貴，無法大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)氫氣。因此，科學(xué)家們一直致力于開發(fā)一種來源豐富、具有高效的電催化析氫性能的催化劑來代替鉑族貴金屬。二氧化鈰(CeO₂)是一種具有良好導(dǎo)電率的稀土金屬氧化物，是具有許多八面體空位的立方螢石型結(jié)構(gòu)，即使在缺氧的條件下形成大量的氧空位，仍能保持立方螢石型晶體結(jié)構(gòu)。這種亞穩(wěn)的氧化物暴露在氧化氣氛中，又容易被氧化為CeO₂。因而CeO₂具有優(yōu)越的儲存和釋放氧功能及氧化還原反應(yīng)能力。此外，CeO₂與負(fù)載金屬或金屬氧化物的強(qiáng)相互作用及可調(diào)性使其成為性能優(yōu)良的載體材料.其優(yōu)良性能表現(xiàn)在以下幾個方面：加強(qiáng)金屬分散性、促進(jìn)載體抗燒結(jié)性、促進(jìn)貴金屬氧化和還原、高儲氧性(OSC)涉及結(jié)構(gòu)氧的遷移等。另外，CeO₂的立方螢石結(jié)構(gòu)使得其他離子如Cu²⁺、Co²⁺、Ni²⁺等可進(jìn)入CeO₂晶格，從而改善CeO₂的理化性質(zhì)。這些性能都使得以CeO₂為基礎(chǔ)的電催化材料具有相當(dāng)大的優(yōu)勢，能在電催化析氫中得到廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)有技術(shù)主要以預(yù)先制備的CeO₂納米材料(包括納米片、納米棒等)，通過摻雜過渡金屬或金屬氧化物等，來提升電催化析氫性能。此類技術(shù)存在的缺陷和不足是摻雜金屬離子分散性差、局部濃度高，比表面積較小、且難以連續(xù)調(diào)控而影響電催化活性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種二氧化鈰基納米電催化析氫催化劑及其制備方法，所述催化劑具有高的電催化析氫性能。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種二氧化鈰基納米電催化析氫催化劑，所述催化劑包括多孔鎳和負(fù)載在其上的過渡金屬摻雜的二氧化鈰，其中所述過渡金屬選自Co²⁺、Ni²⁺中的至少一種，所述過渡金屬均勻分散在所述二氧化鈰中。

一種所述二氧化鈰基納米電催化析氫催化劑的制備方法，包括以下步驟：