[發明專利]一種用于全解水電催化的雙功能Co2-x

在審

• 申請號: 202010073707.0
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111185177A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 陳龍;李昊泉;靳鵬飛;史玉琳;藺金鵬;付海海;范長春;呂恒
• 申請（專利權）人: 石河子大學
• 主分類號: B01J23/755
• 分類號: B01J23/755;C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 烏魯木齊中科新興專利事務所(普通合伙) 65106
• 代理人: 李靜

本發明公開了一種用于全解水電催化的雙功能Co_2?xNi_xO₂納米材料的制備方法，該方法是由共沉淀法制備氫氧化物、煅燒制備Co_2?xNi_xO₂納米材料和分散法制備Co_2?xNi_xO₂修飾工作電極材料步驟完成，通過本發明所述方法獲得的Co_2?xNi_xO₂納米材料不僅能實現對全解水的高效電催化，包括催化析氧反應和催化析氫反應。而且具有成本低廉、穩定性好、電阻率小、制備方法簡單等優點。將合成的Co_2?xNi_xO₂納米電極材料替代Pt/c、RuO₂、IrO₂等商用納米電極材料，為解決全解水電極價格高昂、效率低下等問題，提供一種效果優良、便于推廣應用的方法。

技術領域

本發明涉及納米材料電催化技術領域，具體是一種用于全解水電催化的雙功能Co_2-xNi_xO₂納米材料的制備方法。

背景技術

氫能目前作為世界范圍內公認的清潔可再生能源，被越來越多的研究人員所關注。相較于使用傳統的化石能源對環境造成破壞，氫能具有以下幾個優點：(1)具有廣泛的來源。自然界中氫主要是以化合態的形式貯存在水中，且水是地球上儲備量最大的物質之一。(2)能量密度、轉化效率高。氫能在燃燒時，其絕大部分化學能會轉化為熱能供人類利用。(3)清潔無污染。在制備、儲存和利用氫能的過程中均不會產生對環境有害的污染物。(4)導熱性能好。氫是在能源工業中除水以外良好的傳熱載體。(5)易于儲存，方便運輸。工業上對氫氣進行壓縮形成液態氫，減少了儲存空間，降低了運輸的成本。

目前，制備氫能的技術有很多種，其中以氫元素來源的不同可分為兩種：一種是利用化石燃料及其下游產品為原料進行重新整合或者部分氧化制備氫能。這種方法成本低廉、可以大規模生產，但在生產的過程當中會伴隨大量的二氧化碳排放。另一種則是利用廢棄的有機物或者水為原料，通過光、電等方式使其分解制氫。這種方法不會對環境造成污染，但由于技術還不是很成熟。電解水制氫因其設備簡單且方便維護、對環境友好、工藝流程簡易等諸多優點在上述眾多方法中越來越受到廣泛關注。

全解水制氫過程的實現主要是依賴于電解池的原理，其中電解池總分解電壓由水的理想分解電壓和電解池中總電阻壓降組成。電解池的總分解電壓是表征材料性能的關鍵指標，分解電壓越大，表明全解水制氫所需要消耗的能量越高。采用電化學線性掃描伏安法進行全解水電催化時，包括陽極的OER和陰極的HER兩個半反應，具有較高的能量壁壘。因此修飾電極材料在降低陰極和陽極能量壁壘，提高催化性能方面扮演著相對重要的作用。

目前商業化常用的修飾電極材料有Pt/c、RuO₂、IrO₂等，然而基于上述這些材料制備電化學催化劑，雖然在單一的OER反應或者HER反應中體現出良好的催化活性，但高昂的制備成本限制了其進一步發展，且在全解水電催化中的催化性能還不樂觀。為了提高電極材料的催化性能和實際應用能力，需要研究設計合成方法簡單、低成本、良好的催化性能和導電性能的材料作為修飾電極材料，應用于全解水電催化反應當中。