[發(fā)明專利]一種電催化復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110290752.6
• 申請(qǐng)日: 2021-03-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113136586B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳金齊;王宇;謝靈杰;任倩;古林非;李高仁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B1/04
• 分類號(hào): C25B1/04;C25B11/091;C25B11/053;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝

本發(fā)明公開(kāi)了一種電催化復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用，該電催化復(fù)合電極材料的制備方法包括：采用化學(xué)沉積法在導(dǎo)電基底上負(fù)載鋅金屬沸石咪唑類骨架材料，制得第一復(fù)合材料，再采用化學(xué)沉積法在第一復(fù)合材料上負(fù)載另一過(guò)渡金屬沸石咪唑類骨架材料，制得第二復(fù)合材料，而后將其浸泡于硫化物水溶液中，在20～35℃條件下進(jìn)行預(yù)處理0.02～2h，而后洗滌、干燥，制得預(yù)處理復(fù)合材料；再將預(yù)處理復(fù)合材料和磷源置于密閉容器中，在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行退火處理。通過(guò)以上方法制得的產(chǎn)品材料具有高度有序的結(jié)構(gòu)，大的比表面積和優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性，可應(yīng)用于電催化析氫反應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電催化材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種電催化復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

水分解是一種對(duì)環(huán)境友好、可大規(guī)模生產(chǎn)氫氣的方法，析氫反應(yīng)是電解水中最重要的反應(yīng)之一。當(dāng)前，鉑基催化劑是高效的析氫反應(yīng)催化劑，然而，由于貴金屬價(jià)格昂貴并且稀有，限制了鉑基催化的大規(guī)模應(yīng)用。因此，迫切需要找到一類廉價(jià)、易得且含量豐富的過(guò)渡金屬基催化劑來(lái)代替貴金屬基催化劑。過(guò)渡金屬磷化物是一類重要的化合物，具有獨(dú)特的類金屬特性和優(yōu)異的導(dǎo)電性，因其優(yōu)異的電催化性能而受到廣泛關(guān)注。金屬磷化物中帶負(fù)電荷的磷原子和帶正電荷的金屬原子具有很強(qiáng)的靜電，可以作為質(zhì)子和氫化物的受體，協(xié)同促進(jìn)析氫反應(yīng)的活性。然而，目前制備的過(guò)渡金屬磷化物的析氫性能，相比于鉑基催化劑，催化性能較差，而且在堿性條件下不是很穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明提出一種電催化復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用。

本發(fā)明的第一方面，提出了一種電催化復(fù)合電極材料的制備方法，包括以下步驟：

采用化學(xué)沉積在導(dǎo)電基底上負(fù)載第一過(guò)渡金屬沸石咪唑類骨架材料，制得第一復(fù)合材料；所述第一過(guò)渡金屬沸石咪唑類骨架材料中的過(guò)渡金屬元素為鋅；

采用化學(xué)沉積法在第一復(fù)合材料上負(fù)載第二過(guò)渡金屬沸石咪唑類骨架材料，制得第二復(fù)合材料；所述第二過(guò)渡金屬沸石咪唑類骨架材料中的過(guò)渡金屬元素不同于所述第一過(guò)渡金屬沸石咪唑類骨架材料中的過(guò)渡金屬元素；所述第二過(guò)渡金屬沸石咪唑類骨架材料中的過(guò)渡金屬元素可為鈷、鎳、錳、銅等；

將所述第二復(fù)合材料浸泡于硫化物水溶液中，在20～35℃條件下進(jìn)行預(yù)處理0.02～2h，而后洗滌、干燥，制得預(yù)處理復(fù)合材料；

將所述預(yù)處理復(fù)合材料和磷源置于封閉容器中，在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行退火處理。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電催化復(fù)合電極材料的制備方法，至少具有以下有益效果：該制備方法通過(guò)采用化學(xué)沉積法在導(dǎo)電基底上依次負(fù)載鋅金屬沸石咪唑類骨架材料和另一過(guò)渡金屬沸石咪唑類骨架材料，形成過(guò)渡金屬有機(jī)框架，而后利用過(guò)渡金屬有機(jī)框架比表面積大和具有多孔性的特點(diǎn)，將過(guò)渡金屬有機(jī)框架材料作為模板，先利用硫化物進(jìn)行預(yù)處理，再進(jìn)行磷化處理，制得電催化復(fù)合電極材料。其中，在磷化處理前先對(duì)過(guò)渡金屬有機(jī)框架材料進(jìn)行硫化物預(yù)處理，由于硫化物在水中水解，而過(guò)渡金屬沸石咪唑類骨架材料不耐酸堿，會(huì)破壞其結(jié)構(gòu)，短時(shí)間處理，會(huì)使部分配體丟失，得到不飽和配位的前驅(qū)體或HS-與金屬結(jié)合，但結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在磷化過(guò)程中，P與過(guò)渡金屬的結(jié)合會(huì)更加容易，從而通過(guò)先對(duì)過(guò)渡金屬有機(jī)框架材料進(jìn)行短時(shí)間硫化物預(yù)處理，可促使磷化過(guò)程中過(guò)渡金屬磷化物的形成；通過(guò)以上制備方法制得的產(chǎn)品材料具有高度有序的結(jié)構(gòu)，大的比表面積和優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性。該電催化復(fù)合電極材料可應(yīng)用于電催化析氫反應(yīng)，可利用產(chǎn)品材料中的磷化物和氮摻雜的碳材料之間的協(xié)同作用，促進(jìn)析氫反應(yīng)的進(jìn)行。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述硫化物水溶液選自硫化鈉水溶液、硫化鉀水溶液中的至少一種；所述磷源選自次磷酸氫鈉、紅磷、白磷中的至少一種。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述退火處理的溫度為300～500℃。