[發明專利]一種泡沫鎳負載氧化亞銅八面體催化劑的制備及其在電解海水制氫中的應用

有效

• 申請號: 202110258245.4
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113046782B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 應杰;王歡;何振釗;李家豪
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 深圳市創富知識產權代理有限公司 44367
• 代理人: 高冰

本發明屬于水解制氫技術領域，具體涉及一種泡沫鎳負載氧化亞銅八面體催化劑的制備及其在電解海水制氫中的應用，本發明通過原位工藝制備得到一種泡沫鎳負載氧化亞銅八面體催化劑，即將清洗后的泡沫鎳快速浸入溫熱的CuSO₄溶液中，取出進行沖洗后在空氣中暴露一段時間，最后經干燥制備得到。本發明的泡沫鎳負載氧化亞銅八面體催化劑不僅能在海水電解液下進行，解決海水析氫的部分難題，經濟環保，還可以達到取代貴金屬的要求，更具備高孔隙率，高穩定性和自支撐等優勢。

技術領域

本發明屬于水解制氫技術領域，具體涉及一種泡沫鎳負載氧化亞銅八面體催化劑的制備及其在電解海水制氫中的應用。

背景技術

在應對全球能源，特別是化石能源過度使用所造成的氣候變化等環境問題上，發展可持續的、清潔的、高效的能源是一種有效的方式。氫(H₂)由于其高重量能量密度(142MJkg^-1)、來源廣泛、零碳排放等特點，被認為是一種很有前途的傳統化石燃料替代能源載體。其中，電化學水解是一種很有前途的生產氫能源的方法，該方法簡單環保、收率高、產品純度高。電化學水解包括兩個半反應，在陰極的析氫反應(HER)和在陽極的析氧反應(OER)。但在商用的水電解槽中，驅動水解所需的電池電壓(1.8-2.0V)遠遠大于理論值(1.23V)，導致水電解槽能耗高。雖然采用貴金屬Ru的氧化物和Pt來催化水裂解能在一定程度上解決能耗高的問題，但其價格昂貴，數量稀少且耐久性差，導致它們的大規模應用受到限制。因此，開發來源豐富且耦合良好的OER和HER催化劑對于實現高效的水分解是非常必要的。

過渡金屬由于擁有獨特的電子結構和化學特性，且含量豐富、容易獲取，對其進行結構調控提高OER和HER性能后有望應用于水的催化裂解。然而，目前所制備的過渡金屬電催化體系大多是在包含酸、堿或緩沖液的高純蒸餾水電解質中操作的，鮮有利用海水進行電催化水裂解的報道，主要是因為天然海水中包含有數百種不同的雜質，會導致催化劑中毒和不明副反應的產生。但地球上可獲得的水資源約97％為海水，因此開發能夠電催化海水析氫的過渡金屬催化體系成為近年來研究的熱點。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提出了一種泡沫鎳負載氧化亞銅八面體催化劑的制備方法，制備得到的催化劑具有應用于電解海水制氫的潛力。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

本發明提供一種泡沫鎳負載氧化亞銅八面體催化劑的制備方法，該方法包括以下步驟：

S1、對泡沫鎳進行清洗處理后干燥后；

S2、將處理后的泡沫鎳快速浸入溫熱的CuSO₄溶液中，取出進行沖洗后在空氣中暴露一段時間，最后經干燥得到泡沫鎳負載氧化亞銅八面體催化劑(記為八面體Cu₂O/NF)。

本發明采用原位工藝制備得到八面體Cu₂O/NF，作為集成電極，可有效克服納米粒子作為電極材料的缺點，直接使用自支撐材料作為電極具有擴大電化學表面積、加速電解液擴散、利于氣泡從催化劑表面遷移等諸多優點，從而提高電催化劑的性能。此外，在集成電極上原位生長的納米結構催化劑Cu₂O由于具有更好的界面接觸和無粘結劑特性，可以有效地改善電子轉化，經研究發現，本發明的Cu₂O/NF在模擬海水中有良好的析氫性能，有望應用于電解海水制氫。

優選地，所述CuSO₄溶液的濃度為0.5M-1.5M。具體地，所述CuSO₄溶液的濃度為1M。

優選地，所述泡沫鎳在CuSO₄溶液中的浸泡時間為7s-15s。具體地，所述泡沫鎳在CuSO₄溶液中的浸泡時間為10s。

優選地，所述CuSO₄溶液的溫度為70℃-90℃。具體地，所述CuSO₄溶液的溫度為80℃。