[發明專利]一種銀納米顆粒負載的鈷基花瓣狀復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201910654472.1
• 申請日: 2019-07-19
• 公開（公告）號: CN110280269A
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 馮媛媛;扈華帥;司思;劉瑞杰;王重斌
• 申請（專利權）人: 曲阜師范大學
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;B01J35/10;B01J35/02;C25B11/06;C25B1/04
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本發明屬于電催化技術領域，具體涉及一種銀納米顆粒負載的鈷基花瓣狀復合材料及其制備方法和應用。該催化劑通過簡單的水熱反應和室溫下的還原反應，將銀納米顆粒成功負載到鈷基花瓣狀復合材料表面，同時引入銀之后鈷基材料的結構形貌依然得到良好的保持，開放的花瓣狀結構為物質傳輸和電荷轉移提供了有利條件。其電化學測試結果表明，該催化劑具有優異的OER活性，電流密度為10mA/cm2時過電勢僅為268mV，遠優于商業RuO2催化劑，此外該催化劑具有良好的長期穩定性。本發明所提供的制備方法無需精密設備，能耗低，原料來源廣泛，成本低且可實現克級制備，具有重要的實用價值。

技術領域

本發明屬于電催化技術領域，具體涉及一種銀納米顆粒負載的鈷基花瓣狀復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

氫能作為一種對環境友好并可再生的綠色能源而受到人們的廣泛關注。電解水是一種獲取高純度氫氣的理想方式，它包括兩個半反應：發生在陰極上的氫氣析出反應（HER）和陽極上的氧氣析出反應（OER）。然而，OER是一個緩慢的動力學控制的四電子轉移過程，從而需要較高的過電勢來克服相應的反應能壘，這也直接影響了電解水的整體能量轉換效率。當今，釕和銥等貴金屬的氧化物被認為是最好的OER催化劑。但是高昂的價格和稀少的儲量在很大程度上限制了他們的大規模應用。因此，開發價格低廉，資源豐富且具有高活性的OER催化劑是十分有必要的。

近年來，過渡金屬（Fe，Co和Ni等）及其衍生物（氧化物，氫氧化物和磷化物等）由于其良好的OER催化活性，天然的價格優勢和豐富的儲量而受到人們的廣泛研究。但是其較低的導電率和較差的催化活性仍無法滿足電解水制氫的工業化應用。與此同時，在基于過渡金屬的電催化劑制備過程中，引入貴金屬往往會提升其催化性能，但是這會提高催化劑的成本，限制了其商業化應用，而且引入的貴金屬多為釕，銥，鉑和金等，其成本要大大高于銀。因此，開發一種價格低廉，資源豐富并具有高活性的OER催化劑是十分有必要的。

本發明通過簡單的水熱反應和還原反應成功制備了銀納米顆粒負載的鈷基花瓣狀復合材料，該催化劑的OER活性要優于商業RuO₂催化劑，同時具有良好的長期穩定性。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的之一是提供一種銀納米顆粒負載的鈷基花瓣狀復合材料的制備方法，該技術方案簡單，操作便利，所用原料豐富易得且可以實現克級制備，具有重要的實際應用價值。

本發明的目的之二是提供該銀納米顆粒負載的鈷基花瓣狀復合材料的電催化應用，即用于堿性條件下的發生在電解水過程中的陽極氧析出反應，該催化劑只需268mV的過電勢即可實現10mA/cm²的電流密度，同時具有良好的OER穩定性。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案如下：

1. 一種銀納米顆粒負載的鈷基花瓣狀復合材料及其制備方法和應用，包含以下步驟：

（1）取乙酸鈷溶于無水甲醇溶液中，磁力攪拌待其完全溶解后，加入2-甲基咪唑，然后將混合溶液超聲處理使其混合均勻。

（2）將上述混合溶液導入反應釜中，置于烘箱中進行水熱反應，待反應結束使其自然冷卻到室溫，抽濾洗滌真空干燥后得到中間產物。

（3）取上述中間產物與硝酸銀充分混合后，然后置于暗處在硼氫化鈉的作用下進行還原反應，抽濾洗滌干燥后得到所述產物。

步驟（1）所述乙酸鈷的加入量為0.50g，2-甲基咪唑的加入量為0.18g，無水甲醇的加入量為50.0ml；

步驟（2）所述水熱反應的時間設置為11-13小時，反應溫度為110-130℃；

步驟（3）所述反應溶劑為無水甲醇，加入量為20.0ml，中間產物的加入量為50.0mg，硝酸銀的濃度為10.0mmol/L，加入量為1.0-4.0ml，攪拌時間為1.0小時；