[發明專利]一種貴金屬銠析氫電催化劑及應用

有效

• 申請號: 202011099380.0
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112501631B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 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: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/04;C25B11/054;C25B11/065;C25D9/04
• 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催化材料領域，具體涉及一種貴金屬銠析氫電催化劑及應用。本發明通過兩步電沉積這種溫和合成方法制備了氧化銠?鎳基磷酸鹽?碳載體，具有較低的Rh含量。電化學實驗結果表明氧化銠?鎳基磷酸鹽?碳載體展現出優異的HER的電化學性能，能與商業Pt/C催化劑的性能媲美。

技術領域

本發明屬于電解水析氫催化材料領域，具體涉及一種貴金屬銠析氫電催化劑及應用。

背景技術

對礦物燃料消耗和二氧化碳的排放帶來的環境后果迫使人們作出重大努力，開發一種規模足夠大的新可再生材料，以代替礦物燃料并滿足日益增長的全球能源消耗需求。探索有效的生產策略合成分子氫成為熱潮。在高活性非貴金屬電催化劑的輔助下，電解的水正成為生產低成本，高純度氫的有希望的候選者。理論上所描述的氫吸附吉布斯自由能相關 (ΔG_H) 通常與催化劑活性相關。而現如今，鉑 (Pt) 及其合金有接近于0的ΔG_H，有著高交換電流密度和酸性條件下的最低Tafel斜率，故被認為是HER中較優異的一類催化劑。盡管如此，鉑系HER催化劑雖具有上述優點，但由于Pt稀缺、價格高、穩定性差，極大地限制了大規模的商業化應用。近期，一些研究證明其他貴金屬也能呈現出優異的HER性能，如鈀(Pd)、銥 (Ir)、銠 (Rh) 和釕(Ru) 等。鑒于貴金屬價格昂貴，減少其使用量在HER是至關重要的。但同時為了保障貴金屬的高活性，將其與過渡金屬復合可望獲得高效、低廉的HER電催化劑。。

金屬銠 (Rh) 在各種應用中表現出優異的活性。特別是，磷化銠 (Rh-P)催化劑表現出優異的HER性能和良好的循環穩定性。向Rh催化劑材料中引入P會導致ΔG_H*轉變為更中性的值 (更接近于零)，這表明降低Rh負載量可得到更大的催化活性。密度泛函理論計算(DFT) 表明，P 3p譜帶的開殼效應不僅促進Rh 4d質子-電子電荷交換，而且還提供出色的p-p重疊，在堿性介質中可有益于HER過程。磷 (P) 對HER活性的影響，主要通過結構工程進一步提高TMP催化效率和穩定性的策略。Fan課題組通過煅燒的方法得到尺寸小、單分散、分布均勻的Rh_xP納米粒子負載在磷摻雜的氮化碳上。表面高度密集Rh的電極在酸性電解質具有很高的HER固有活性。然而，據現階段報道的文獻所知，溫和方法合成Rh基電催化催化劑的研究較少。

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，而提供一種貴金屬銠析氫電催化劑及應用。

本發明所采取的技術方案如下：一種貴金屬銠析氫電催化劑，其制備過程包括：

（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，含有鎳鹽前驅體、磷前驅體的水溶液作為沉積液，通過電沉積法形成負載鎳基磷酸鹽-碳載體的導電基體；

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

如上述的貴金屬銠析氫電催化劑及應用在電解水產氫中的應用。