[發明專利]一種貴金屬銥析氫電催化劑及應用

在審

• 申請號: 202011098462.3
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112481635A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 楊植;鄭仙諾;陳倩倩;張瀟棟;金玉威;周學梅
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25D9/04;C25B11/091;C25B11/065
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司 33258
• 代理人: 朱海曉

本發明屬于電解水析氫領域，具體涉及一種貴金屬銥析氫電催化劑及應用。本發明利用銥絲作為對電極合成一種負載在碳載體上的復合材料氧化銥?鈷基磷酸鹽?碳載體，具有較低的銥負載量，展現出優異的HER的電化學性能，能與商業Pt/C催化劑的性能媲美，具有一定的適用于高效、穩定、低成本的電解制氫的可能。

技術領域

本發明屬于電解水析氫領域，具體涉及一種貴金屬銥析氫電催化劑及應用。

背景技術

隨著科技的不斷革新與進步，環境污染等問題日益惡化。人們迫切的需要開發清潔可再生能源來降低對化石燃料的依賴。目前，氫能因為燃燒熱值高，燃燒產物是水，而被認為是一種比較理想的清潔能源。電解水產氫 (HER) 是一種高效、環保、生產高純度氫的方法。開發具有較低過電勢的析氫電催化劑是優化該方法的重要手段之一。催化劑活性通常與理論上所描述的氫的吉布斯自由能相關 (ΔG_H)。到目前為止，鉑 (Pt) 及其合金有著優異的ΔG_H，被認為是HER中較優異的一類催化劑。但由于Pt的稀缺性和較高的價格極大的限制了大規模商業化的應用。因此，降低Pt的使用量或者開發無Pt催化劑是實現低成本催化劑的一種較為有效途徑。

近年來，在HER領域中，過渡金屬磷化物由于它們的低成本、特殊的電子結構和自然環境儲備元素豐富等優點而顯示出巨大的潛力，被認為是有力替代Pt的催化劑種類之一。DFT計算表明過渡金屬磷化物中的P位點可以直接參與HER過程，并與中間體會有一定的結合，而這恰恰是HER過程中決速步驟的關鍵。為了進一步改善過渡金屬磷化物的電化學性能，一些研究小組利用非晶態的過渡金屬磷氧化合物 (TMPi)，大大增加催化活性位點。然而，這些材料在酸性介質中易受腐蝕、穩定性差，導致活性降低。且TMPi的HER性能仍不能與貴金屬基催化劑媲美。因此，提高非晶態的TMPi催化劑催化性能仍是一項較嚴峻的挑戰。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的缺點和不足，而提供一種貴金屬銥析氫電催化劑及應用。

本發明所采取的技術方案如下：一種貴金屬銥析氫電催化劑,其制備過程包括以下步驟：

（1）在導電基體上負載碳載體得到負載碳載體的導電基體；

（2）采用步驟（1）得到的負載碳載體的導電基體為工作電極，石墨棒作為對電極，含有鈷鹽前驅體、磷前驅體的水溶液作為沉積液，通過電沉積法形成負載鈷基磷酸鹽-碳載體的導電基體；

（3）采用步驟（2）得到的負載鈷基磷酸鹽-碳載體的導電基體為工作電極，銥絲作為對電極，硫酸為沉積液，通過電沉積法形成負載氧化銥-鈷基磷酸鹽-碳載體的導電基體。

步驟（1）中，所述導電基體為玻璃碳、鉑、鈦、銅、鐵、鎳中的一種或多種組合。

所述導電基體為玻璃碳，玻璃碳先用酒精潤濕的棉花擦拭干凈，采用拋光粉拋光，最后采用拋光布拋光，拋光結束后，將導電基體先后置于超純水和乙醇溶液中超聲，表面吹干。

步驟（1）中，將碳載體分散到溶劑中制成分散均勻的懸濁液，滴加到導電基體上，自然干燥，得到負載碳載體的導電基體。

所述碳載體為炭黑、碳納米管或石墨烯。

如上述的貴金屬銥析氫電催化劑在電解水產氫中的應用。

本發明的有益效果如下：本發明利用銥絲作為對電極合成一種負載在碳載體上的復合材料氧化銥-鈷基磷酸鹽-碳載體，具有較低的銥負載量，展現出優異的HER的電化學性能，能與商業Pt/C催化劑的性能媲美，具有一定的適用于高效、穩定、低成本的電解制氫的可能。

在本發明一種實施例中，銥負載量為0.41 wt%，達到29 mV的過電位 (此時電流密度為10 mA cm^-2)，對應的塔菲爾斜率為27 mV dec^-1和在高過電位下具有良好的穩定性。

附圖說明