[發(fā)明專利]一種用于電催化氧化尿素的鉍摻雜雙金屬硫化物電極的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010880252.3
• 申請(qǐng)日: 2020-08-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112080759B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹澥宏;俞林海;劉文賢;毋芳芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C25B11/091
• 分類(lèi)號(hào): C25B11/091;C25B3/07;C25B3/09;C25B3/23;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州杭誠(chéng)專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏;薄盈盈

本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于電催化氧化尿素的鉍摻雜雙金屬硫化物電極的制備方法，包括以下步驟：（1）將鈷源、鎳源、鉍源和有機(jī)配體溶于去離子水中，得混合液，加入導(dǎo)電基底，經(jīng)水熱反應(yīng)，取出導(dǎo)電基底，洗滌、干燥；（2）于氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行硫化處理，即得鉍摻雜雙金屬硫化物尿素氧化電催化劑。本發(fā)明原料成本低，合成工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件容易達(dá)到，制備得到的自支撐的高效尿素氧化電催化材料異質(zhì)結(jié)納米片陣列尺寸均一，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，組分分布均勻，賦予該材料更好的電催化性能以及穩(wěn)定性；本發(fā)明的尿素氧化電催化劑原位生長(zhǎng)在導(dǎo)電基底上的，使之成為柔性、自支撐材料，可以直接用作催化劑使用，無(wú)需涂覆在電極上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于電催化氧化尿素的鉍摻雜雙金屬硫化物電極的制備方法。

背景技術(shù)

隨著能源需求和環(huán)境問(wèn)題的逐步增加，高效的制氫技術(shù)實(shí)現(xiàn)從化石燃料向清潔、可持續(xù)、廉價(jià)的氫燃料轉(zhuǎn)變是必要的。氫氣作為一種儲(chǔ)量豐富、高質(zhì)量能量密度的清潔環(huán)保能源，具有很好的發(fā)展前景。

在眾多的制氫方法中，電解水制氫更為環(huán)保、高效。然而，陽(yáng)極析氧反應(yīng)（OER）為四電子反應(yīng)，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)十分緩慢，從而導(dǎo)致其較高的過(guò)電位。這種高過(guò)電位限制了電解水制氫的大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用。電解較易氧化的物質(zhì)如甲醇、乙醇、甘油、聯(lián)氨、尿素等水溶液可以有效地降低電化學(xué)障礙。其中，尿素是一種廉價(jià)的可再生電氧化物質(zhì)，且其電解氧化（UOR）的理論電極電位僅為0.37 V。因此，電解尿素可以達(dá)到比水更高的能量轉(zhuǎn)換效率。此外，尿素氧化反應(yīng)也可用于處理尿素引起的水污染。但UOR是一個(gè)六電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，其氣體逸出步驟復(fù)雜，動(dòng)力學(xué)較慢。

因此，為降低UOR的過(guò)電位，急需高性能的電催化劑。IrO₂和RuO₂等貴金屬是目前較好的UOR電化學(xué)催化劑，但其高成本和低豐度限制了其廣泛應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)出一種廉價(jià)高效的催化劑，具有很大的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服傳統(tǒng)尿素氧化電催化材料成本高的問(wèn)題，提供了一種用于電催化氧化尿素的鉍摻雜雙金屬硫化物電極的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種用于電催化氧化尿素的鉍摻雜雙金屬硫化物電極的制備方法，包括以下步驟：

（1）將鈷源、鎳源、鉍源和有機(jī)配體溶于去離子水中，得混合液，加入導(dǎo)電基底，經(jīng)水熱反應(yīng)，取出導(dǎo)電基底，洗滌、干燥；該步驟中Co、Ni、Bi原子與有機(jī)配體結(jié)構(gòu)形成三金屬M(fèi)OF材料；

（2）將經(jīng)過(guò)步驟（1）處理后的導(dǎo)電基底于氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行硫化處理，即得鉍摻雜雙金屬硫化物尿素氧化電催化劑。該步驟中，步驟（1）中的MOF前驅(qū)體經(jīng)過(guò)煅燒以及硫化形成了鉍摻雜的雙金屬硫化物。

非貴金屬如Co、Ni、Bi等，成本低，具有優(yōu)異的電催化性能。本發(fā)明通過(guò)一種簡(jiǎn)單高效的方法制備的具有Bi摻雜的CoNi₂S₄/NF異質(zhì)結(jié)構(gòu)，將以上三種非貴金屬元素很好地整合在了一起，通過(guò)Bi金屬摻雜的協(xié)同作用，降低了尿素氧化所需的能量，從而起到很好的電催化效果，使該催化劑展現(xiàn)出非常出色的UOR電催化性能。另外，此材料原位生長(zhǎng)在導(dǎo)電基底上的，使之成為柔性、自支撐材料，可以直接用作催化劑使用，無(wú)需涂覆在電極上，使用方便高效，可將此雙功能材料同時(shí)用作電催化反應(yīng)的陽(yáng)極，大大提高產(chǎn)氫效率。本發(fā)明原料成本低，合成工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件容易達(dá)到，制備得到的自支撐的高效尿素氧化電催化材料異質(zhì)結(jié)納米片陣列尺寸均一，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，組分分布均勻，賦予該材料更好的電催化性能以及穩(wěn)定性。

作為優(yōu)選，驟（1）中，所述鈷源為硝酸鈷或氯化鈷；所述鎳源為硝酸鎳或氯化鎳；所述鉍源為鉍酸鈉或氯化鉍；所述有機(jī)配體為2-甲基咪唑或咪唑。

作為優(yōu)選，步驟（1）中，所述鈷源、鎳源、鉍源和有機(jī)配體的摩爾比為1:1:（0.1~0.5）: 2。