[發(fā)明專利]一種多金屬非氧化物電催化劑及其制備方法及應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110298111.5
• 申請(qǐng)日: 2021-03-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113151854A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周元臻;武云;黨媛;韓萍;孫小琴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安建筑科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B11/031
• 分類號(hào): 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(zé)任公司 61200
• 代理人: 房鑫

本發(fā)明公開(kāi)了一種多金屬非氧化物電催化劑及其制備方法及應(yīng)用，利用金屬有機(jī)框架ZIF?6與亞鐵鹽在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，經(jīng)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(jīng)共沉淀法制得Co?Fe?Mo層狀雙氫氧化物；最后，在保護(hù)氣氛下，Co?Fe?Mo層狀雙氫氧化物和磷酸鹽固體經(jīng)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(jīng)溶劑熱反應(yīng)得到Co?Fe?Mo硒化物。本發(fā)明的電催化劑的制備方法，操作簡(jiǎn)便，成本低廉，原料來(lái)源豐富，制備得到的多金屬非氧化物電催化劑由金屬有機(jī)框架結(jié)構(gòu)衍生而來(lái)，且多金屬原子間相互協(xié)同，有效提升了其電催化活性。直接用作析氧反應(yīng)的電催化劑時(shí)，表現(xiàn)出較小的過(guò)電勢(shì)、較低的塔菲爾斜率和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于催化劑的制備及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)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(yīng)用。

背景技術(shù)

化石燃料資源的減少和全球環(huán)境問(wèn)題的進(jìn)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(guò)陽(yáng)極的析氧反應(yīng)(OER)和陰極的析氫反應(yīng)(HER)從而產(chǎn)生氧氣(O₂)和氫氣(H₂)，這一過(guò)程成為大規(guī)模生產(chǎn)氫氣最為理想的且最有前景的方法之一。然而，陽(yáng)極OER涉及四電子和四質(zhì)子的轉(zhuǎn)移，從熱力學(xué)角度來(lái)看，該反應(yīng)進(jìn)行時(shí)阻力較大。目前，RuO₂和IrO₂是析氧反應(yīng)有效的電催化劑，但其價(jià)格昂貴和儲(chǔ)量較低，嚴(yán)重影響到其大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用，因此，開(kāi)發(fā)具有高活性、高耐用性、廉價(jià)且儲(chǔ)量豐富的析氧電催化劑對(duì)于克服電解水技術(shù)難點(diǎn)具有重要意義。

近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)基于過(guò)渡金屬(Co、Ni、Fe、Mo等)的氧化物和層狀雙氫氧化物(LDH)表現(xiàn)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(dǎo)致其自身暴露的有效電活性位點(diǎn)有限，因此在降低OER過(guò)程中的過(guò)電勢(shì)和塔菲爾斜率時(shí)，作用仍然非常有限。因此，獲得更優(yōu)越、穩(wěn)定性更高的廉價(jià)電催化劑，對(duì)發(fā)展友好的電解水技術(shù)具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)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(yīng)用，該制備方法操作簡(jiǎn)便，成本低廉，原料來(lái)源豐富，設(shè)計(jì)過(guò)程合理，得到的多金屬非氧化物電催化劑具有較小的過(guò)電勢(shì)和較低的塔菲爾斜率，可直接用作析氧反應(yīng)電催化劑，并表現(xiàn)出良好的OER性能和循環(huán)穩(wěn)定性，有望實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)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(hù)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(yīng)離心得黑色沉淀，洗滌，干燥，得到Co-Fe-Mo硒化物。

進(jìn)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(jìn)一步的，步驟S1中，所述第一混合液在80℃～85℃條件下，反應(yīng)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(shí)間為10h～12h。

進(jìn)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(zhì)量比為1:(10～20)。