[發明專利]一種使用磁場輔助缺陷過渡金屬層狀氫氧化物催化水電解的方法

有效

• 申請號: 202011037082.9
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112195479B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 呂逍;賈毅
• 申請（專利權）人: 沈陽理工大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/061;C25B11/065;C25B11/075;C25B15/00;B01J23/755;B01J23/75;B01J37/16
• 代理公司: 遼寧共智律師事務所 21260
• 代理人: 張軍貴

本發明提供一種使用磁場輔助缺陷過渡金屬層狀氫氧化物催化水電解的方法，其特征在于：包括：（a）將過渡金屬層狀氫氧化物放入強還原劑溶液中，攪拌后，離心分離烘干后獲得缺陷層狀雙金屬氫氧化物催化劑；（b）將缺陷層狀雙金屬氫氧化物催化劑與導線連接，分別作為電解水的陰極和陽極放入水浴中;（c）接通電解槽電源后，施加磁場輔助缺陷過渡金屬層狀氫氧化物催化水電解。本發明利用磁場對表面缺陷處的未配對電子的自旋行為影響，加速了催化反應過程中的電子傳遞，從而提高了水電解的效率。此種方法制備的催化劑對析氫反應和析氧反應同時具有良好催化效果，實現了水電解的高效反應，這為將來工業化電解水的發展提供了新的思路。

技術領域

本發明涉水電解技術領域，尤其涉及一種使用磁場輔助缺陷過渡金屬層狀氫氧化物催化水電解的方法。

背景技術

能源被稱為人類現代社會發展的三大支柱之一，目前世界上使用的能源主要是煤炭、石油、天然氣等化石能源。然而化石能源的儲量有限且不可再生，且化石能源的過渡使用使得能源危機日益加劇，此外化石能源在使用過程中還會排放有害氣體，易造成環境污染。隨著能源消耗過度與環境污染日益嚴重等問題越來越突出，開發可再生、清潔、安全、高效的新能源成為了研究熱點。氫能是一種零污染、高效的可再生清潔能源, 來源廣泛、制備方法多樣,并且可以實現永續可再生循環,因此成為新一代能源發展戰略主體。近年來，隨著氫能利用技術的日益成熟，氫能逐漸在世界范圍內得到重視。

氫氣目前的制備方法主要有天然氣重整、石油裂解、煤氣化和水電解。其中,電解水制氫技術具有零排放、制氫純度高、可利用費電廢熱等資源并可耦合太陽能、風能、核能等可再生能源等優點,必將在發展氫能的過程中發揮主要作用,也必將對人類的生存環境及生活方式產生積極重大的影響。電解水制氫技術中主要包括電催化析氫反應（HER）和析氧反應（OER）,其中OER中涉及到多電子的轉移和中間物質的吸附、脫附多過程,是一個動力學緩慢過程，相對HER，OER所需過電勢高很多，因此成為制約電解水制氫轉換效率的瓶頸。由于高效OER催化劑的引入,可以明顯降低反應勢能,提高催化反應效率，因此開發高效的OER催化劑成為當前的研究重點。目前，發現的對OER具有最佳催化作用的是貴金屬IrO₂和RuO₂，但由于貴金屬存在價格高、儲量少、穩定性差等問題，嚴重影響了電解水制氫技術大規模商業化應用。所以,合成低成本、高效及穩定的析氧催化劑材料迫在眉睫。過渡金屬層狀氫氧化物被公認為是一類具有高催化效率、易制備、原料來源廣泛的析氧反應催化劑，但其本身對于析氧反應中間體較弱的吸附仍桎梏其催化性能的進一步提高。

發明內容

根據以上技術問題，本發明提供一種使用磁場輔助缺陷過渡金屬層狀氫氧化物催化水電解的方法，其特征在于：包括：

（a）將過渡金屬層狀氫氧化物放入強還原劑溶液中，攪拌后，離心分離烘干后獲得缺陷層狀雙金屬氫氧化物催化劑；

（b）將缺陷層狀雙金屬氫氧化物催化劑與導線連接，分別作為電解水的陰極和陽極放入水浴中；

（c）接通電解槽電源后，施加磁場輔助缺陷過渡金屬層狀氫氧化物催化水電解。

優選的：所述步驟（a）中的所述過渡金屬層狀氫氧化物為Ni-Co、Fe-Co或Ni-Fe層狀氫氧化物。

優選的：所述步驟（a）中的所述過渡金屬層狀氫氧化物負載在鎳網或石墨烯上。

優選的：所述步驟（a）中的所述強還原劑溶液是硼氫化鈉或肼，且其濃度為0.1～12M。

優選的：所述的步驟（a）中所述攪拌時間為1～24小時。

優選的：所述步驟（b）中的所述缺陷層狀雙金屬氫氧化物催化劑作為陰極和陽極的面積為1～50cm²。

優選的：所述步驟（b）中的所述水浴的體積為5～50cm³。