[發明專利]碳納米管復合催化膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202010692093.4
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111939942B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 劉鍇;李晨宇;范守善
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業（深圳）有限公司
• 主分類號: B01J27/051
• 分類號: B01J27/051;B82Y30/00;C25B11/091;C25B1/04
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• 代理人: 暫無信息

一種碳納米管復合催化膜的制備方法，其包括以下步驟：提供一碳納米管膜；提供一前驅體溶液，該前驅體溶液含有硝酸鐵、氯化鎳和五氯化鉬；將所述前驅體溶液設置在所述碳納米管膜上，干燥后，得到一前驅體膜；在所述前驅體膜上設置多個間隔設置的孔；以及對所述具有多個孔的前驅體膜退火，并在退火的過程中，施加硫粉。本發明還涉及一種利用所述碳納米管復合催化膜的制備方法所制備的碳納米管復合催化膜。

技術領域

本發明涉及一種碳納米管復合催化膜及其制備方法。

背景技術

分子氫(H₂)是一種可替代化石燃料的可持續能源。所述分子氫可以通過水分解而獲得。水分解過程中，陰極發生析氫反應(HER)，陽極發生析氧反應(OER)。電催化劑可以減少電化學反應中的過電勢，并促進所述析氫反應和析氧反應的發生。所述電催化劑常用貴金屬，比如，Pt/C通常用于析氫反應，IrO₂或RuO₂通常用于析氧反應。然而，這些貴金屬作為電催化劑，將會由于高成本和稀缺性而在應用上受到極大的限制。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種碳納米管復合催化膜，該碳納米管復合催化膜不含有貴金屬，成本低，來源廣。

一種碳納米管復合催化膜的制備方法，其包括以下步驟：提供一碳納米管膜；提供一前驅體溶液，該前驅體溶液含有硝酸鐵、氯化鎳和五氯化鉬；將所述前驅體溶液設置在所述碳納米管膜上，干燥后，得到一前驅體膜；在所述前驅體膜上設置多個間隔設置的孔；以及對所述具有多個孔的前驅體膜退火，并在退火的過程中，施加硫粉。

一種碳納米管復合催化膜，包括一碳納米管膜，該碳納米管膜包括多個碳納米管，所述碳納米管復合催化膜進一步包括Fe摻雜(NiS₂/MoS₂)復合物，所述Fe摻雜(NiS₂/MoS₂)復合物設置于所述多個碳納米管的表面，并且所述碳納米管復合催化膜上設置有多個間隔設置的通孔。

與現有技術相比，本發明提供的碳納米管復合催化膜利用Fe摻雜(NiS₂/MoS₂)復合物和碳納米管膜的復合，并且利用激光打孔，具有良好的催化性能，由于不含有貴金屬，因此成本低，來源廣。

附圖說明

圖1為本發明提供的碳納米管復合催化膜的制備方法的工藝流程圖。

圖2A至圖2B為本發明提供的碳納米管復合催化膜的掃描電鏡照片。

圖3A至圖3F為本發明提供的碳納米管復合催化膜的透射電鏡照片。

圖4為本發明提供的碳納米管復合催化膜的光學照片。

圖5為本發明提供的碳納米管復合催化膜的拉曼光譜圖。

圖6為本發明提供的碳納米管復合催化膜的X射線衍射圖。

圖7為本發明提供的碳納米管復合催化膜的另一X射線衍射圖。

圖8為本發明提供的碳納米管復合催化膜形成的催化電極對與貴金屬電極對在1mol/L的KOH溶液中進行催化電解水所得到的電壓-電流密度曲線。

圖9為本發明提供的碳納米管復合催化膜在電流密度為10mA cm^-2時所需電壓與其它文獻報道的催化劑的電壓比較圖。

圖10為本發明提供的碳納米管復合催化膜、貴金屬催化劑和純碳納米管膜在1mol/L的KOH(pH＝14)中陰極的析氫反應和陽極的析氧反應的電壓-電流密度曲線。

圖11為本發明提供的碳納米管復合催化膜、貴金屬催化劑和純碳納米管膜在0.5mol/L的H₂SO₄(pH＝0)中析氫反應的電壓-電流密度曲線。