[發明專利]一種有機等離子體氣相沉積法制備過渡金屬碳氮化物材料陶瓷膜層高效OER催化劑的方法

有效

• 申請號: 201810855871.X
• 申請日: 2018-07-31
• 公開（公告）號: CN110777419B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 姚忠平;戴鵬程;王建康;夏琦興;李東琦;姜兆華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 田鴻儒

本發明公開了一種有機等離子體氣相沉積法制備過渡金屬碳氮化物材料陶瓷膜層高效OER催化劑的方法，屬于催化劑制備技術領域，具體步驟為：TC4鈦基體前處理；將得到的光亮的TC4基體置于不銹鋼電解槽中的電解液中采用微弧氧化電源進行供電，輝光放電，在TC4表面得到碳氮改性陶瓷膜層高效OER催化劑。本發明電解液體系簡單，經濟實用，且制備工藝簡單。本發明制備的碳氮改性鐵鎳陶瓷膜層復合材料OER催化劑可在1M KOH溶液中過電位降至200mV，法拉第效率高達90％，電子傳輸效率明顯提升。

技術領域

本發明屬于催化劑制備技術領域，具體涉及一種有機等離子體氣相沉積法制備過渡金屬碳氮化物材料陶瓷膜層高效OER催化劑的方法。

背景技術

隨著時代的進步，能源危機問題日益凸顯，使得全球經濟的可持續發展蒙上了嚴重的危機陰影。發展可再生能源現現已成為各方共識。其中氫能具有清潔，可再生且儲備豐富的特點，成為新能源中的耀眼明珠。傳統制備氫氣的方法為裂解石油法，該方法盡管現具有技術簡單成本低廉的特點并已得到廣泛應用，但卻無力于改變全球能源緊缺的現實，無異于飲鴆止渴。因此發展新型高效的制備氫能的方法成為未來氫能能否替代傳統能源的關鍵。

電解水制備氫氣法是長期以來制備高純度實驗室用氫氣的主要來源，其原理為通過外加電源的方式使得水在陰極表面還原為氫氣。這種方法具有操作簡潔，原料水來源廣泛，且產物氫氣純度高等優點，在氫氣制備領域占有一定量的市場。但由于在電解回路中陽極表面水氧化為氧氣的過程中涉及四電子的轉移，電化學極化明顯，過電位通常高達1V以上，法拉第效率較低，電能損耗嚴重。由于傳統OER電催化劑普遍存在點位高，穩定性差，成本高等問題，因此發展新型高效的OER催化劑成為克服以上缺點解決能源問題的重中之重。

發明內容

本發明的目的是要解決傳統OER電催化劑過電位高，穩定性差，成本高的缺點，而提供一種有機等離子體氣相沉積法制備過渡金屬碳氮化物材料陶瓷膜層高效OER催化劑的方法。

一種有機等離子體氣相沉積法制備過渡金屬碳氮化物材料陶瓷膜層高效OER催化劑的方法，是按以下步驟完成的：

一.TC4鈦基體前處理：對TC4鈦基體的表面進行鏡面處理；

二.將步驟一中得到的光亮的TC4基體置于不銹鋼電解槽中的電解液中，作為陰極，不銹鋼電解槽與電源正極相連，作為陽極；所述電解液由氯化銨、水、甘油、無水乙醇組成；

三.采用微弧氧化電源進行供電，輝光放電，在TC4表面得到碳氮改性陶瓷膜層高效OER催化劑。

優選的，步驟二所述電解液，由各組分按以下質量或體積份數比組成：氯化銨53g-60g，水800mL-1000mL，甘油100mL-150mL，無水乙醇100mL-150mL。

優選的，步驟一具體為：先將TC4鈦基體的表面打磨為鏡面，沖洗后吹干。

優選的，步驟一具體為：利用砂紙對TC4鈦基體的表面進行打磨至TC4基體表面為鏡面；用去離子水沖洗TC4基體表面3到5次，在使用無水乙醇沖洗TC4鈦基體表面3到5次，最后室用吹風機吹干，得到光亮的TC4鈦基體表面

優選的，步驟一所述砂紙為500#砂紙，1500#砂紙和2500#砂紙，使用順序為依次使用。

優選的，步驟三所述電源電壓恒定為200V。

優選的，步驟三所述電源頻率為100Hz。

優選的，步驟三所述輝光放電，條件為占空比為30％-40％，放電時間為70min-100min。

有益效果

碳氮改性鐵鎳復合材料陶瓷膜層高效OER催化劑用于減小電解水過程中陽極表面由于電化學極化帶來的高過電位現象，有利于降低電能損耗，提高法拉第效率。