[發明專利]一種多金屬非氧化物電催化劑及其制備方法及應用

在審

• 申請號: 202110298111.5
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113151854A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 周元臻;武云;黨媛;韓萍;孫小琴
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: C25B11/031
• 分類號: C25B11/031;C25B11/04;C25B1/04;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 房鑫

本發明公開了一種多金屬非氧化物電催化劑及其制備方法及應用，利用金屬有機框架ZIF?6與亞鐵鹽在氮氣保護下，經共沉淀法制得Co?Fe層狀雙氫氧化物；在Co?Fe層狀雙氫氧化物的醇分散液中加入鉬酸鹽水溶液，經共沉淀法制得Co?Fe?Mo層狀雙氫氧化物；最后，在保護氣氛下，Co?Fe?Mo層狀雙氫氧化物和磷酸鹽固體經管式爐退火得到Co?Fe?Mo磷化物；Co?Fe?Mo層狀雙氫氧化物和硒鹽溶液經溶劑熱反應得到Co?Fe?Mo硒化物。本發明的電催化劑的制備方法，操作簡便，成本低廉，原料來源豐富，制備得到的多金屬非氧化物電催化劑由金屬有機框架結構衍生而來，且多金屬原子間相互協同，有效提升了其電催化活性。直接用作析氧反應的電催化劑時，表現出較小的過電勢、較低的塔菲爾斜率和良好的循環穩定性。

技術領域

本發明屬于催化劑的制備及其應用技術領域，涉及到一種多金屬非氧化物電催化劑及其制備方法及應用。

背景技術

化石燃料資源的減少和全球環境問題的進一步加劇，清潔可再生的氫能成為最理想能源的替代者。電解水通過陽極的析氧反應(OER)和陰極的析氫反應(HER)從而產生氧氣(O₂)和氫氣(H₂)，這一過程成為大規模生產氫氣最為理想的且最有前景的方法之一。然而，陽極OER涉及四電子和四質子的轉移，從熱力學角度來看，該反應進行時阻力較大。目前，RuO₂和IrO₂是析氧反應有效的電催化劑，但其價格昂貴和儲量較低，嚴重影響到其大規模的商業應用，因此，開發具有高活性、高耐用性、廉價且儲量豐富的析氧電催化劑對于克服電解水技術難點具有重要意義。

近年來，人們發現基于過渡金屬(Co、Ni、Fe、Mo等)的氧化物和層狀雙氫氧化物(LDH)表現出較好的OER性能，特別是鐵鈷基納米材料被廣泛用于水全解的裝置中。但是，這類催化劑易聚集，導致其自身暴露的有效電活性位點有限，因此在降低OER過程中的過電勢和塔菲爾斜率時，作用仍然非常有限。因此，獲得更優越、穩定性更高的廉價電催化劑，對發展友好的電解水技術具有重要意義。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種多金屬非氧化物電催化劑及其制備方法及應用，該制備方法操作簡便，成本低廉，原料來源豐富，設計過程合理，得到的多金屬非氧化物電催化劑具有較小的過電勢和較低的塔菲爾斜率，可直接用作析氧反應電催化劑，并表現出良好的OER性能和循環穩定性，有望實現其應用價值。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種多金屬非氧化物電催化劑的制備方法，包括以下步驟：

S1，將鉬酸鹽水溶液加入到Co-Fe層狀雙氫氧化物的醇分散液中，得到第一混合液，將第一混合液加熱，離心，洗滌，干燥，得到Co-Fe-Mo層狀雙氫氧化物；

S2，將Co-Fe-Mo層狀雙氫氧化物和磷酸鹽固體分別放置在一瓷舟中，將瓷舟放入管式爐中，在保護氣氛下，退火，冷卻得到Co-Fe-Mo磷化物；

S3，將Co-Fe-Mo層狀雙氫氧化物和硒鹽溶液混合反應離心得黑色沉淀，洗滌，干燥，得到Co-Fe-Mo硒化物。

進一步的，步驟S1中，所述Co-Fe層狀雙氫氧化物的醇分散液和鉬酸鹽水溶液的體積比為(4～5):1；所述鉬酸鹽為Na₂MoO₄·2H₂O或CaMoO₄·4H₂O，所述鉬酸鹽水溶液中鉬酸鹽和去離子水的固液比為1：(80～100)。

進一步的，步驟S1中，所述第一混合液在80℃～85℃條件下，反應15min～20min，離心得到的沉淀用水洗滌，所述干燥采用真空干燥，干燥溫度為65℃～70℃，干燥時間為10h～12h。

進一步的，步驟S2中，所述Co-Fe-Mo層狀雙氫氧化物和磷酸鹽的質量比為1:(10～20)。