[發明專利]一種金屬氧化物-硫化物復合析氧電催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201811288260.8
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109621981B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 李高仁;王輝;何序駿
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B01J27/043
• 分類號: B01J27/043;B01J35/02;B01J35/10;C25B1/04;C25B11/091;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛

本發明公開了一種金屬氧化物?硫化物復合析氧電催化劑及其制備方法和應用。所述電催化劑是由鎳鈷硫化物納米片包覆鈷酸鋅納米線而成的復合材料。其制備方法運用水熱反應首先合成鈷酸鋅納米線，結合電化學沉積硫化物納米片，用鎳鈷硫化物納米片包覆鈷酸鋅納米線，即制備出具有核殼包覆結構的金屬氧化物?硫化物復合析氧電催化劑。本發明的電催化劑由于特別設計的化學組成和微觀結構，提高了復合催化劑的活性位點和表面積，相比于其他氧化物和硫化物電催化劑具有很高的析氧活性和穩定性，而且制備方法簡單方便，采用低成本的非貴金屬原料，有利于大規模合成電解水反應所需的陽極析氧催化劑，具有很好的推廣應用前景。

技術領域

本發明屬于催化劑材料技術領域。更具體地，涉及一種金屬氧化物-硫化物復合析氧電催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

能源和環境是維持人類社會可持續發展的兩個重要因素。隨著傳統化石能源的日漸枯竭和伴隨化石能源燃燒產生的大氣污染和溫室效應，迫切需要尋找一種清潔的可再生能源來替代化石燃料。

氫能作為一種無污染，高能量密度的能源受到矚目。電化學分解水制氫具有操作簡單，電解轉化率高，不排放廢氣的優點，有望取代高耗能的水蒸氣重整制氫技術。然而目前電解水制氫成本遠高于傳統催化制氫技術，主要受制于電解水析氫和析氧反應所需的貴金屬催化劑。其中陽極析氧反應是一個熱力學不利而動力學緩慢的電極反應，其過電位遠高于陰極析氫反應，需要使用催化劑來降低過電位，提高反應速率，從而整體提高電解水反應的效率。

目前，最有效的商業化析氧電催化劑是二氧化銥和二氧化釕，但是這兩種貴金屬催化劑由于儲量稀少和價格昂貴而限制了電解水制氫技術的大規模應用。另外，目前也有報道一些廉價的過渡金屬氧化物，硫化物等材料可以作為陽極析氧反應的電催化劑，但這些材料的性能距離貴金屬催化劑仍具有一定距離。

因此，開發成本低廉并且同時具有高活性和穩定性的陽極析氧電催化劑具有重要的意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有析氧電催化劑成本高、活性低和/或穩定性差的缺陷和不足，提供一種制備方法簡單方便、成本低廉且具有很高析氧活性和穩定性的金屬氧化物-硫化物復合陽極析氧電催化劑。

本發明的目的是提供一種金屬氧化物-硫化物復合析氧電催化劑。

本發明另一目的是提供所述復合析氧電催化劑的制備方法。

本發明再一目的是提供所述復合析氧電催化劑的應用。

本發明上述目的通過以下技術方案實現：

一種金屬氧化物-硫化物復合析氧電催化劑，是由鎳鈷硫化物納米片包覆鈷酸鋅納米線而成的復合材料。

優選地，所述鈷酸鋅納米線的直徑為60nm～120nm。

更優選地，所述鈷酸鋅納米線的直徑為100 nm。

優選地，所述鎳鈷硫化物納米片的厚度為100nm～150nm。

更優選地，所述鎳鈷硫化物納米片的厚度為120 nm。

另外，所述金屬氧化物-硫化物復合析氧電催化劑的制備方法是：運用水熱反應首先合成鈷酸鋅納米線，結合電化學沉積硫化物納米片，用鎳鈷硫化物納米片包覆鈷酸鋅納米線，制備出具有核殼包覆結構的金屬氧化物-硫化物復合析氧電催化劑。

具體地，所述金屬氧化物-硫化物復合析氧電催化劑的制備方法，包括如下步驟：

S1. 配置硝酸鋅、硝酸鈷、氟化銨和尿素的混合水溶液，轉移至帶聚四氟乙烯內襯的不銹鋼水熱反應釜中，加入一片干凈的泡沫鎳，在100～150℃下加熱4～6小時，得到生長有前驅體的泡沫鎳，取出洗凈干燥后，在空氣中350～500℃熱處理1.5～3小時，得到鈷酸鋅納米線；