[發明專利]復合材料及其制備方法、電催化水解制氫的方法

有效

• 申請號: 202010595727.4
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN113846346B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發明（設計）人: 范梁棟;張卉
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B11/057;C25B11/03;C25B1/04
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 張楊梅

本申請涉及電解水制氫技術領域，提供了一種復合材料及其制備方法，以及一種電催化水解制氫的方法。本申請提供的制備方法包括：提供前體，前體包括導電基底以及負載在導電基底上的鈷納米線；提供包含有硫源和鉬源的修飾溶液，將前體置于修飾溶液中，進行加熱反應，獲得復合材料。本申請方法在鈷納米線負載在導電基底的前提下，采用硫和鉬對其進行進一步修飾，構建具有雜化或多相界面的異質結構，極大地增加了復合材料的電催化活性位點數量和擴展雙功能電催化作用，并確保異質界面間離子/電子的快速傳輸，結合導電基底優異的電子轉移速率，提高了復合材料的整體電催化水分解活性。

技術領域

本申請屬于電解水制氫技術領域，尤其涉及一種復合材料及其制備方法，以及一種電催化水解制氫的方法。

背景技術

近年來，通過析氫反應(Hydrogen evolution reaction，HER)和/或析氧反應(Oxygen evolution reaction，OER)實現電催化水分解制氫的研究得到飛速發展。由于氧析出反應是一個四電子反應過程，往往需要較高的過電勢，耗能較大。而且，目前報道的大多數電催化劑達不到要求1.8-2.4V的槽壓電流大于等于200mAcm^-2的商業應用標準(EnergyEnviron Sci 11(2018)2858)，或聯合可再生能源尤其太陽能電池的電解水制氫低過電勢條件下電流密度還不高，效率低下。

因而，研發一種高能源效率和低過電勢的氧析出催化劑是本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

本申請的目的在于提供一種復合材料及其制備方法，以及一種電催化水解制氫的方法，旨在解決現有催化劑氧析出過電勢高及能源效率低的問題。

為實現上述申請目的，本申請采用的技術方案如下：

第一方面，本申請提供一種復合材料的制備方法，包括以下步驟：

提供前體，所述前體包括導電基底以及負載在所述導電基底上的鈷納米線；

提供包含有硫源和鉬源的修飾溶液，將所述前體置于所述修飾溶液中，進行加熱反應，獲得所述復合材料。

第二方面，本申請提供一種復合材料，復合材料由上述制備方法制得。

第三方面，本申請提供一種電催化水解制氫的方法，以前述制備方法制得的復合材料或上述復合材料為電催化劑，將所述電催化劑置于水溶液中，進行析氫反應、析氧反應或全解水反應。

本申請第一方面提供的復合材料的制備方法，在鈷納米線負載在導電基底的前提下，采用硫和鉬對其進行進一步修飾，構建具有雜化或多相界面的異質結構，極大地增加了復合材料的電催化活性位點數量，確保異質界面間離子/電子的快速傳輸，結合導電基底優異的電子轉移速率，提高了復合材料的整體電催化水分解活性。經測試，由本申請的方法形成的復合材料(Mo,S_x)Co Nws@NF具備超低的氧析出過電勢，其10mA/cm²僅為80mV，解決了現有催化劑氧析出過電勢高的問題，而且，本申請的復合材料兼具有良好的氫析出活性和氧析出活性，可同時進行氫析出反應和氧析出反應，有效增加能源效率和降低電解池制備成本。

本申請第二方面提供的復合材料，由上述制備方法制得，兼具有良好的氫析出活性和氧析出活性，氧析出過電勢低，能源效率高，作為雙功能電催化劑應用于全解水制氫，可在高槽電壓下大電流制氫(商業堿性條件下高效全解水制氫)，也可以在較低過電勢下與可再生能源如太陽能聯合實現可再生能源的高效利用，環保且可持續發展。

本申請第三方面提供的電催化水解制氫的方法，以上述復合材料為電催化劑，實現高效率電解水制氫。

附圖說明