[發明專利]木質宏觀多孔碳催化電極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201811239776.3
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109225224B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 敏世雄;李亞男;王芳;鄧萬安;張海棟;劉劍威
• 申請（專利權）人: 北方民族大學
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;B01J23/755;B01J23/89;B01J37/08;C25B11/031;C25B11/032;C25B11/065;C25B11/077;C25B11/081;C25B1/04
• 代理公司: 寧夏合天律師事務所 64103
• 代理人: 孫彥虎

本發明公開了一種木質宏觀多孔碳催化電極材料，包括載體及負載于所述載體內的金屬粒子，所述載體為原木經高溫碳化處理所得到的整體多孔碳，且內部具有貫通的微孔道結構，所述金屬粒子均勻鑲嵌于微孔道結構的側壁內。本發明還公開了一種制備如上所述的木質宏觀多孔碳催化電極材料的方法，包括以下步驟：原木薄片和金屬鹽溶液通過水熱法處理制備原木/金屬氧化物復合前驅體；所述原木/金屬氧化物復合前驅體經過兩步高溫碳化處理，制作木質宏觀多孔碳催化電極材料。所述的木質宏觀多孔碳催化電極材料在電催化技術領域有著廣闊的應用前景。所述的木質宏觀多孔碳催化電極材料生產成本低廉，生產工藝簡單，而且同時具有優越的電催化性能。

技術領域

本發明屬于電催化技術領域，具體涉及一種木質宏觀多孔碳催化電極材料及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，光催化和電催化分解水析氫反應（HER）被認為是將可持續、清潔太陽能轉化為清潔能源載體的兩種最有效的方法。電催化分解水可持續、規模化生產氫氣，是一種解決能源危機和環境污染問題的有效方案，但需要高效、長期穩定的電催化劑材料。目前，關于電催化析氫的研究仍處于起步階段，而其許多應用亟需大規模、可重復地制備價格低廉和性能優良的電催化電極材料。目前，Pt基材料和Ir/Ru氧化物分別是在強酸性和堿性條件下HER和OER的基準催化劑材料。然而，這些貴金屬基催化劑的豐度低、成本過高，難以應用于規?；茪浞磻?，因此尋求廉價、高效和穩定的替代品是目前實現規模電催化制氫的前提。同樣重要的是，文獻報道的電催化材料多為粉狀活性材料，在實際應用中需要使用絕緣聚合物粘合劑和導電添加劑將活性材料固定在導電基底上，這將不可避免地導致活性位點的阻塞，不利于傳質和電子傳輸，從而極大抑制電催化活性。因此制備價廉、高性能的整體碳基電催化劑顯得尤為迫切，但仍然面臨巨大的挑戰。另外，現有技術中提供了多種電催化電極材料，包括金屬納米材料、金屬合金材料、金屬復合物材料等，但這些材料在制備和應用過程中有著共同的不足之處：制備方法復雜、制作成本高、后處理方法繁瑣。

發明內容

有鑒于此，有必要提供一種制備方法簡單、成本低廉、原料來源廣泛、電催化活性高的木質宏觀多孔碳催化電極材料。

還有必要提供一種制備上述木質宏觀多孔碳催化電極材料的制備方法。

還有必要提供一種上述木質宏觀多孔碳催化電極材料在電催化技術領域的應用。

本發明解決其技術問題所采用的技術手段為：一種木質宏觀多孔碳催化電極材料，包括載體及負載于所述載體內的金屬粒子，所述載體為原木經碳化處理得到的整體多孔碳，且內部具有貫通的微孔道結構，所述金屬粒子均勻分布并鑲嵌于微孔道結構的側壁內。

優選地，所述金屬粒子為Co、Ni、Fe、Pt、Pd、Ir、Ru、Mo、Au、Ag、Cu中的至少一種。

一種制備如上所述的木質宏觀多孔碳催化電極材料的方法，包括以下步驟：

將原木去皮，按預定尺寸切割成薄片狀，獲取原木薄片；配制預定濃度的金屬鹽溶液，備用；

將原木薄片浸入金屬鹽溶液，通過水熱法處理，制備得到原木/金屬氧化物復合前驅體；

將所述原木/金屬氧化物復合前驅體經兩步碳化處理，制作木質宏觀多孔碳催化電極材料。

優選地，所述原木/金屬氧化物復合前驅體的制備方法包括以下步驟：

將所述原木薄片完全浸入預定量的金屬鹽溶液中，于120 ℃～220 ℃的溫度下水熱加熱2 h～6 h，然后進行真空干燥處理，以制備原木/金屬氧化物復合前驅體。

優選地，所述兩步碳化處理包括：

將所述原木/金屬氧化物復合前驅體首先于溫度為235 ℃～285 ℃的馬弗爐中加熱2 h～6 h，然后于750 ℃～1200 ℃的溫度下，惰性氣體氣氛煅燒4 h～6 h，以制作木質宏觀多孔碳催化電極材料。