[發(fā)明專利]一種碳納米管包覆的氮化釩/碳化鐵復(fù)合電催化劑及制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110477190.6
• 申請(qǐng)日: 2021-04-29
• 公開（公告）號(hào): CN113231107B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃劍鋒;張曉;馮亮亮;曹麗云;劉倩倩;李帥楠;李曉藝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J35/00
• 分類號(hào): B01J35/00;B01J35/02;B01J37/08;B01J27/24;C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發(fā)明一種碳納米管包覆的氮化釩/碳化鐵復(fù)合電催化劑及制備方法和應(yīng)用，屬于電化學(xué)催化劑技術(shù)領(lǐng)域，該制備方法包括如下步驟：將六水合三氯化鐵、雙氰胺和氯化釩混合均勻后在保護(hù)氣體下于750～950℃進(jìn)行保溫處理，六水合三氯化鐵、雙氰胺和氯化釩的質(zhì)量比為(0.1～0.5)：(1～3)：(0.01～0.09)，得到碳納米管包覆的氮化釩/碳化鐵復(fù)合電催化劑，這種結(jié)構(gòu)非常有利于電解液樣品的充分接觸，繼而能夠大大增強(qiáng)其電催化性能。本發(fā)明制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低，條件易于控制，制備的電催化劑用于產(chǎn)氫、產(chǎn)氧及氧還原反應(yīng)，其催化活性優(yōu)異，同時(shí)又具備良好的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種碳納米管包覆的氮化釩/碳化鐵復(fù)合電催化劑及制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

析氫反應(yīng)(HER)，析氧反應(yīng)(OER)和氧還原反應(yīng)(ORR)的電催化劑分別是水裂解，燃料電池及金屬-空氣電池的關(guān)鍵組成部分。貴金屬鉑(Pt)及其合金仍然是最有效的HER和ORR的催化劑，貴金屬銥(Ir)和釕(Ru)及其氧化物是最有效的OER的催化劑。但它們的高成本和資源稀缺阻礙了基于這些材料的可再生能源技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。因此設(shè)計(jì)和開發(fā)非貴金屬基電催化劑作為貴金屬的替代物用于HER，OER和ORR的研究具有很大的前景。

過渡金屬基化合物是一類非常有潛力的貴金屬的替代物。然而，目前報(bào)道的大多數(shù)HER，OER和ORR電催化劑如過渡金屬，過渡金屬氧化物，過渡金屬碳化物等，通常是以薄膜或粒子團(tuán)的形式涂覆在玻碳，泡沫鎳或其它導(dǎo)電基板上，對(duì)這些成熟的非貴金屬納米催化劑HER，OER和ORR的過電位要求仍高于貴金屬。特別地，它們?cè)趬A性/酸性溶液中要么表現(xiàn)出非常有限的HER/OER/ORR活性，要么表現(xiàn)出較差的穩(wěn)定性。因此，高效且低成本的HER，OER和ORR電催化劑一直受到廣泛地探索。

所以，為了提高催化劑的電化學(xué)效率，尋找性能優(yōu)越的析氫析氧及氧還原催化劑以盡可能地降低成本，一直是電催化劑領(lǐng)域的難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種碳納米管包覆的氮化釩/碳化鐵復(fù)合電催化劑及制備方法和應(yīng)用，制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低，條件易于控制，制備的電催化劑用于產(chǎn)氫、產(chǎn)氧及氧還原反應(yīng)，其催化活性優(yōu)異，同時(shí)又具備良好的穩(wěn)定性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種碳納米管包覆的氮化釩/碳化鐵復(fù)合電催化劑的制備方法，包括如下步驟：

將六水合三氯化鐵、雙氰胺和氯化釩混合均勻后在保護(hù)氣體下于750～950℃進(jìn)行保溫處理，六水合三氯化鐵、雙氰胺和氯化釩的質(zhì)量比為(0.1～0.5)：(1～3)：(0.01～0.09)，得到碳納米管包覆的氮化釩/碳化鐵復(fù)合電催化劑。

優(yōu)選的，將六水合三氯化鐵、雙氰胺和氯化釩在乙醇中研磨后干燥，得到混合均勻的六水合三氯化鐵、雙氰胺和氯化釩。

進(jìn)一步，六水合三氯化鐵、雙氰胺和氯化釩在乙醇中研磨20～40min后在60～80℃干燥12～16h。

優(yōu)選的，所述的六水合三氯化鐵、雙氰胺和氯化釩在流速為50～90sccm/min的保護(hù)氣氛下保溫。

優(yōu)選的，所述的六水合三氯化鐵、雙氰胺和氯化釩從室溫開始升溫，升溫速率為4～12℃/min。

優(yōu)選的，所述的六水合三氯化鐵、雙氰胺和氯化釩在750～950℃下保溫0.5～2.5h。

優(yōu)選的，所述的制備方法還包括將得到的碳納米管包覆的氮化釩/碳化鐵復(fù)合電催化劑在保護(hù)氣體作用下自然冷卻至室溫后研磨。

優(yōu)選的，所述的保護(hù)氣體為氬氣。

一種由上述任意一項(xiàng)所述的碳納米管包覆的氮化釩/碳化鐵復(fù)合電催化劑的制備方法得到的碳納米管包覆的氮化釩/碳化鐵復(fù)合電催化劑。