[發明專利]一種用于堿性電催化析氫的復合材料及制備方法

有效

• 申請號: 201910533799.3
• 申請日: 2019-06-19
• 公開（公告）號: CN110106518B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 朱敏;丁思懿;任花萍;馬強;田少鵬;趙玉真;劉晨
• 申請（專利權）人: 西京學院
• 主分類號: C25B11/095
• 分類號: C25B11/095;C25B11/052;C25B11/03;C25B1/04
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張鵬

本發明公開了一種用于堿性電催化析氫的復合材料及制備方法，所述的復合材料由鈷基ZIF?67和碳組成，所述的復合材料如通式(I)所示：ZIF?67/C(I)，其中ZIF?67為Co?2?甲基咪唑。制備方法通過將Co(NO₃)₂·6H₂O和2?甲基咪唑的甲醇溶液混合得到ZIF?67納米材料，然后將ZIF?67納米材料與導電碳黑的水分散液和Nafion溶液混合超聲制備得到ZIF?67/C納米電催化劑。本發明方法簡單、價格低廉，制備得到復合材料具有更好的電催化析氫性能和穩定性。

技術領域

本發明屬于電解水催化析氫技術領域，具體涉及一種用于堿性電催化析氫的復合材料及制備方法。

背景技術

隨著能源危機以及環境污染的日益加劇，各種新能源和可再生能源的開發已受到世界各國的高度重視，而氫氣作為二次能源以其清潔無污染、高效、可儲存和運輸等優點，被視為最為理想的能源載體。從自然界中大規模獲取純凈的氫氣作為開發和利用氫能源重要環節之一，目前已發展的制氫方法有很多，但在各種制氫技術中，電解水制氫具有產品純度高、電解效率高、無污染、取材豐富等優點已被廣泛利用。因此，電解水制氫技術被認為是未來通向“氫經濟”的最佳途徑。在電解水制氫技術中，根據水的酸堿度分為酸性條件下電解水以及堿性條件下電解水兩種，由于在酸性條件下電解水對電解設備原材料要求較高，很難滿足大規模工業化長期穩定的生產。因此，目前工業上大規模電解水都是在堿性條件下進行。而電解水工業與其他電解工業一樣存在能耗較高的問題，據統計對于電解水生產企業而言，電力損耗成本約占其生產成本的50％以上。因此，降低電解水工業的能耗不但能夠提高生產企業的經濟效益，而且也符合我國“節能減排”中長期的發展要求。目前堿性條件下電解水制氫工藝中，所使用的析氫電極為鎳網基貴金屬氧化物陰極，伴隨著近些年來貴金屬價格的上漲，其生產制造成本逐年提高，因此如何進一步提高現有貴金屬氧化物析氫電極的析氫電催化活性，以提高其應用的性價比以及開發高活性、低成本的析氫電極已成為電解水生產企業的首要問題。

金屬有機框架化合物(MOFs)是由金屬中心與多齒有機配體通過配位鍵形成的立體網絡結構的多孔晶體材料，具有獨特的優點，如多孔性、比表面積大、結構規整及可調控性、易功能化等，在吸附、分離、磁性、光學、催化、儲氫、分子識別等諸多領域顯示出獨特的物理化學性能和潛在的應用價值。近年來，MOFs及其衍生物因其獨特結構和物理化學性質，在電化學能源轉換中的應用備受關注。MOFs作為電催化劑具有以下幾個顯著特點：(i)具有高度有序多孔結構，孔徑分布均一，比表面積大，有利于活性組分的分散，為電催化反應提供大量活性位點；(ii)孔徑的可調控性，通過調整金屬中心和有機配體可得到超微孔到介孔各種孔徑的MOFs材料，有利于復雜多孔催化劑的制備；(iii)易功能化和修飾，有利于MOFs與其他功能性物質相結合，制備復合材料，改善MOFs本身的電催化性能；(iv)可采用幾種不同金屬制備MOFs，并保持其原來的拓撲結構等，這些都為MOFs電催化劑的設計提供了很大的發展空間。雖然基于MOFs納米電催化劑的研究取得了一定的進展，但是其研究還處于初始階段，MOFs電催化劑仍然存在一些問題，比如導電性較差，電催化活性還有待進一步提高，在酸堿條件下的穩定性較差等。針對此缺陷和不足，此發明提供了一種鈷基MOF(ZIF-67)和碳的復合材料的制備方法，所述材料能在堿性條件下電催化分解水產氫。

發明內容

本發明的目的在于提供一種價格低廉、高效率的堿性電催化析氫催化劑，本發明的另一目的在于提供該催化劑的制備方法。

本發明具體通過以下技術方案實現：

一種用于堿性電催化析氫的復合材料，所述的復合材料由鈷基ZIF-67和碳組成，所述的復合材料如通式(I)所示：

ZIF-67/C (I)。

所述的ZIF-67為Co-2-甲基咪唑。

在本發明的另一方面提供了上述用于堿性電催化析氫的復合材料的制備方法，包括以下步驟：