[發(fā)明專利]一種表面修飾的電催化劑及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011202254.3
• 申請日: 2020-11-02
• 公開（公告）號: CN112410815A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周清穩(wěn);顧偉詩;石菲揚(yáng);周楠;嚴(yán)玲
• 申請（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號: C25B11/031
• 分類號: C25B11/031;C25B11/075;C25B11/052;C25B1/04
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 黃欣

本發(fā)明公開了一種表面修飾的電催化劑及其制備方法，屬于電催化劑技術(shù)領(lǐng)域。所述表面修飾的電催化劑是將多孔鎳基材料在硼源溶液中浸泡后得到。本發(fā)明通過硼元素對多孔鎳基材料的表面調(diào)控，開發(fā)具有高催化活性的非貴金屬催化劑進(jìn)行電催化水分解制備氫氣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種表面修飾的電催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

電解水制氫由于產(chǎn)品純度高（99.7%以上）、無污染、原料來源廣等優(yōu)勢，逐漸成為大規(guī)模制氫的重要途徑。在電解水反應(yīng)中，由于反應(yīng)過程中存在活化能勢壘，同時(shí)在整個(gè)反應(yīng)過程中存在的各種電阻也會消耗部分電勢，導(dǎo)致存在一定的超電勢、產(chǎn)氫效率降低和能耗增加，降低了經(jīng)濟(jì)效益，降低超電勢的關(guān)鍵是采用具有高電催化活性的陽極和陰極材料。貴金屬Pt、Ru、Ir及其氧化物等可有效降低超電勢，是目前最高效的電催化劑。但是由于稀缺性和高成本性等原因，限制了在電催化分解水方面的大規(guī)模應(yīng)用。因此，設(shè)計(jì)開發(fā)超電勢低、高催化活性、高導(dǎo)電性、高穩(wěn)定性、來源豐富、低成本的非貴金屬電催化劑，對提高制氫效率、降低能耗和成本等顯得尤為重要。

目前的電解水析氫技術(shù)已經(jīng)取得了一定的成果，在過去幾年里，為開發(fā)包括過渡金屬氧化物在內(nèi)的高效催化劑作出了大量努力，過渡金屬（氧）氫氧化物、硒化物、磷化物以及氮化物，為了降低OER過電位，其中一些催化劑甚至優(yōu)于基準(zhǔn)貴金屬Ir和Ru，這在很大程度上加速了電解水進(jìn)程，但是由于操作繁瑣，導(dǎo)致了大量的時(shí)間和能量消耗。目前有大量的研究工作，以進(jìn)一步促進(jìn)鎳基（氧）氫氧化物的HER活性催化劑通過各種戰(zhàn)略，包括形態(tài)學(xué)設(shè)計(jì)，以暴露更多的活性位點(diǎn)，表面缺陷工程來調(diào)節(jié)電子結(jié)構(gòu)，還有與碳材料結(jié)合，以改善電子轉(zhuǎn)移等。如：在堿性介質(zhì)中，從鎳鐵二硫化物中得到的鎳鐵（氧）氫氧化物與碳納米管耦合，以獲得有效的OER，發(fā)現(xiàn)該催化劑在電流密度為10mAcm時(shí)需要190mV的極低過電位，使其成為減少電流密度為10mAcm所需過電位的少數(shù)OER催化劑之一；MoNi₄/MoO₂是目前為止報(bào)道的最活躍的HER催化劑，在電流密度為10和500mAcm時(shí)，分別只需要15和~70mV的過電位， 但合成這種催化劑需要一個(gè)多步驟的過程，在高溫下進(jìn)行了很長時(shí)間，甚至需要消耗高純度的H₂天然氣，所以大規(guī)模應(yīng)用是不經(jīng)濟(jì)的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)就是提供一種簡便的表面修飾電催化劑及其制備方法，一方面解決其他過渡金屬合成過程通常涉及高溫下繁瑣的多步驟過程，從而產(chǎn)生大量的時(shí)間和能量消耗的問題，另一方面解決了表面缺陷工程，以暴露更多的活性位點(diǎn)。

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

一種表面修飾的電催化劑，是將多孔鎳基材料在硼源溶液中浸泡后得到。

進(jìn)一步地，所述硼源溶液為硼氫化鈉水溶液。

上述電催化劑的制備方法，是將多孔鎳基材料置于硼源溶液中浸泡，取出后洗滌干燥即可得到表面修飾的電催化劑。

進(jìn)一步地，所述硼源溶液為硼氫化鈉水溶液，硼氫化鈉的濃度為0.1~3mol/L。

進(jìn)一步地，浸泡時(shí)間為1-10分鐘。

本發(fā)明通過硼元素對多孔鎳基材料的表面調(diào)控，開發(fā)具有高催化活性的非貴金屬催化劑進(jìn)行電催化水分解制備氫氣。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1. 制備方法采用簡易的一步法，縮短了時(shí)間及減少了能源消耗；

2. 利用硼源對多孔鎳基材料進(jìn)行表面修飾改性，為其表面暴露了更多的活性位點(diǎn)以及提高了更高的表面積，進(jìn)而優(yōu)化了電催化析氫性能。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1中制備得到的硼表面修飾結(jié)構(gòu)電催化劑的掃描電鏡圖片，a為硼表面修飾電催化劑、b為原始多孔鎳基材料。