[發明專利]一種析氧反應電催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202110472102.3
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113235107B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 戴正飛;翟文芳;劉航
• 申請（專利權）人: 西安交通大學蘇州研究院
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/091
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種析氧反應電催化劑及其制備方法，所述析氧反應電催化劑為BP(金屬A_x金屬B_y)復合材料；其中，BP為黑磷納米片，金屬A、金屬B分別為過渡金屬元素，x：y為金屬A和金屬B的金屬鹽摩爾量的比值。本發明制備的黑磷基催化劑相較于貴金屬催化劑具有成本低廉，但催化性能和穩定性可比肩貴金屬催化劑；相對其他黑磷基復合催化劑，方法簡單，可節省時間成本和能源成本。

技術領域

本發明屬于電催化技術領域，特別涉及一種析氧反應電催化劑及其制備方法。

背景技術

化石燃料的逐漸枯竭以及其造成的環境和氣候問題，促使人們開發使用清潔可再生能源來降低對化石燃料的依賴性。清潔可再生能源包括太陽能、風能、潮汐能、地熱能、地熱能和核能等。

電解水和金屬空氣電池技術是提供清潔可再生能源比較可行的技術，但是因為反應的發生有能壘，所以需要尋找析氧性能較好的析氧反應電催化劑。

目前，析氧性能較好的析氧反應電催化劑有二氧化釕、二氧化銥等，但釕和銥屬于貴金屬，其儲量少、價格高，且穩定性不好，無法滿足商業化應用的要求。近年來，科研人員對非貴金屬催化劑進行了大量的研究，發展廉價高效穩定的析氧電催化劑。二維黑磷因其獨特的物理化學性質掀起了廣泛的研究熱潮，為電催化水分解領域帶來新的機遇；盡管早在1914年就提出了黑磷的概念，但是黑磷塊體材料的合成與制備仍面臨這重重困境和其未知的應用前景，使得黑磷的研究層一度陷入沉寂，直到一個世紀后的2014年，塊體黑磷被剝離成少層黑磷納米片，具有帶隙可調和較高的載流子遷移率，從此真正揭開了其作為二維材料家族新成員的面紗，并且“重新”掀起了人們研究黑磷的熱潮。

目前的研究中，黑磷與過渡金屬硫化物、磷化物復合，形成異質結構，金屬顆粒負載在黑磷納米片表面等策略提升催化性能；然而，上述的黑磷基復合材料的制備需要多步，浪費時間與能源。

發明內容

本發明的目的在于提供一種析氧反應電催化劑及其制備方法，以解決上述存在的一個或多個技術問題。本發明制備的黑磷基催化劑相較于貴金屬催化劑具有成本低廉，但催化性能和穩定性可比肩貴金屬催化劑；相對其他黑磷基復合催化劑，方法簡單，可節省時間成本和能源成本。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明公開的一種析氧反應電催化劑，所述析氧反應電催化劑為BP(金屬A_x金屬B_y)復合材料；其中，BP為黑磷納米片，金屬A、金屬B分別為過渡金屬元素，x：y為金屬A和金屬B的金屬鹽摩爾量的比值。

本發明的進一步改進在于，所述金屬A為鎳元素，金屬B為鐵、鉬或鈷元素。

本發明的進一步改進在于，x≤4,y＝4-x,x、y為整數。

本發明的一種析氧反應電催化劑的制備方法，包括以下步驟：基于電化學剝離方法，通過施加預設電壓還原金屬鹽A、金屬鹽B中的金屬元素A、金屬元素B并原位進入黑磷納米片內，制備獲得析氧反應電催化劑。

本發明的進一步改進在于，施加的預設電壓為5～30V。

本發明的進一步改進在于，金屬鹽A為無水氯化鎳；金屬鹽B為無水三氯化鐵、無水五氯化鉬或無水氯化鈷。

本發明的進一步改進在于，所述基于電化學剝離方法，通過施加電壓還原金屬鹽A、金屬鹽B中的金屬元素A、金屬元素B并原位進入黑磷納米片內，制備獲得析氧反應電催化劑的步驟具體包括：

陽極夾鉑絲，陰極夾黑磷塊體，將陰極和陰極插入電解池中；所述電解池中置有四丁基四氟硼酸銨、金屬鹽A、金屬鹽B和N，N-二甲基甲酰胺溶液；

施加預設電壓進行電化學剝離及金屬鹽還原；剝離與還原完畢進行離心，洗滌，干燥，獲得復合材料BP(金屬A_x金屬B_y)。