[發(fā)明專利]基于紡織材料的多孔水裂解催化劑及其制備方法

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• 申請日: 2020-04-08
• 公開（公告）號: CN113874557A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設計）人: 趙鎮(zhèn)漢;高允智
• 申請（專利權）人: 高麗大學校產學協力團
• 主分類號: C25B11/031
• 分類號: C25B11/031;C25B11/056;C25B11/053;C25B11/091;C25D5/54;C25B1/04;C25D3/12
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;孫雅雯

本發(fā)明涉及基于紡織材料的多孔水裂解催化劑及其制備方法，并且根據本發(fā)明的基于紡織材料的多孔水裂解催化劑包括：通過多根纖維(11)的相互交叉而形成的多孔紡織支撐體(10)；形成在纖維(11)的表面上的結合層(20)；導電層(30)，所述導電層(30)包括包含金屬納米顆粒并且形成在結合層(20)上的納米顆粒層(31)和包含含胺基(NH₂)的單分子材料并且形成在納米顆粒層(31)上的單分子層(33)；和催化劑層(40)，所述催化劑層(40)包含催化金屬并且通過催化金屬的電鍍而形成在導電層(30)上。

技術領域

本發(fā)明涉及基于織物的多孔水裂解催化劑和用于制備其的方法。更具體地，本發(fā)明涉及基于織物并通過簡單的電鍍工藝用催化劑材料涂覆的多孔水裂解催化劑和用于制備所述水裂解催化劑的方法。

背景技術

隨著工業(yè)發(fā)展的進步，化石燃料例如煤、石油和天然氣已經耗盡，并且引起環(huán)境污染和全球變暖。因此，需要開發(fā)具有替代化石燃料的潛力的能源。在這些情況下，世界各地已經進行了相當大的研究努力以開發(fā)替代能源技術，所述替代能源技術包括用于將自然能源例如太陽能、風能和潮汐能轉化成電能的技術以及用于由自然資源例如水生產氫能的技術。特別地，氫是由水(其為地球上最豐富的資源之一)作為原料而生產的，并且是在燃燒時不釋放污染物的清潔能源。此外，與任何其他能源相比，氫每單位重量產生更多的能量。由于這些優(yōu)點，氫作為下一代能源受到關注。氫通常通過在高溫和高壓條件下重整來生產。然而，通過重整的氫氣生產排放二氧化碳，這是環(huán)境不友好的。由于這個缺點，許多研究組已專注于更有效的水裂解方法。

只有當水裂解催化劑在同一電解質中對于析氧反應以及析氫反應具有高性能時，才可以預期其用于水裂解的整體高性能。當水被催化裂解時，中間體反復地附接至催化劑的表面并從催化劑的表面脫離，這代表催化劑的活化能。因此，催化劑表面上的豐富活性位點和快速的電荷遷移對于有效的氫生產是重要的。

用于陰極的鉑(Pt)和用于陽極的銥(Ir)和釕(Ru)主要用作用于水裂解的催化劑材料。這些金屬以納米顆粒或粉末的形式生產和使用來確保大的表面積。然而，由于所生產的金屬納米顆粒或粉末難以使用，因此在使用之前將其與炭黑和Nafion聚合物共混并滴在玻璃碳上。此外，金屬是昂貴的，并且炭黑的低吸濕性影響催化活性位點與電解質之間的接觸面積。絕緣材料Nafion減少了電荷轉移，最終導致催化性能的劣化。

因此，迫切需要解決常規(guī)水裂解催化劑的問題的方案。

發(fā)明內容

技術問題

本發(fā)明致力于解決現有技術的問題，并且本發(fā)明的一個方面是提供其中通過電鍍將金屬均勻地涂覆在構成多孔絕緣織物支撐體的纖維的表面上的基于織物的多孔水裂解催化劑和用于制備所述水裂解催化劑的方法。

技術方案

根據本發(fā)明的一個實施方案的基于織物的多孔水裂解催化劑包括：通過使多根纖維交織而制成的多孔織物支撐體；形成在纖維的表面上的結合層；導電層，所述導電層包括包含金屬納米顆粒并且形成在結合層上的納米顆粒層和包含含胺基(NH₂)的單分子材料并且形成在納米顆粒層上的單分子層；和催化劑層，所述催化劑層包含催化金屬并且通過在導電層上電鍍催化金屬而形成。

纖維可以選自纖維素纖維、聚酯纖維、尼龍纖維、丙烯酸類纖維及其混合物。

結合層可以包含含胺基(NH₂)的聚合物材料。

聚合物材料可以選自聚乙烯亞胺(PEI)、聚(烯丙胺鹽酸鹽)(PAH)及其混合物。

金屬納米顆粒可以為選自Au、Ag、Al、Cu和Pt中的一種或更多種金屬的納米顆粒。

單分子材料可以選自三(2-氨乙基)胺(TREN)、丙烷-1，2，3-三胺、二亞乙基三胺(DETA)、四(氨甲基)甲烷、甲烷四胺及其混合物。