[發明專利]三元鐵鎳鉬基復合材料電解水催化劑、其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110703047.4
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113512738B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 李東陽;周海青;蔡鳳明;廖禮玲;余芳
• 申請（專利權）人: 湖南師范大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B11/054;C25B1/04
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 劉向丹;楊斌

本發明公開了一種三元鐵鎳鉬基復合材料電解水催化劑、其制備方法和應用,將導電基底置于水熱反應前驅體溶液中進行水熱反應，得到NiMoO₄納米陣列基底；將NiMoO₄納米陣列基底浸泡于含Fe³⁺離子的溶液中然后晾干；將浸泡后的NiMoO₄納米陣列基底進行高溫還原反應，得到三元鐵鎳鉬基復合材料催化劑Fe/MoNi₄/MoO₂。在堿性環境中表現出非常優異的電催化活性和穩定性。納米結構極大的暴露材料的電化學活性位點，加快氫離子吸附和氫原子脫附，增加水解過程中的能量轉化效率。同時，鐵元素的修飾改善了MoNi₄/MoO₂材料的析氧反應催化活性和穩定性，有效的降低析氧反應的過電位，從而降低電解水工藝的成本。

技術領域

本發明屬于電解水制氫與新能源技術領域，具體涉及一種三元鐵鎳鉬基復合材料雙功能電解水催化劑、其制備方法和在電解水制氫領域的應用。

背景技術

當前全球環境和能源問題備受人們的關注。氫能因為其清潔環保、易于儲存、可再生性被認為是最有前景的清潔能源。甲烷重整法，水煤氣法和電解水法是工業上主要應用的氫氣制備方法。遵循清潔環保可持續的理念，電解水法制取氫氣無疑是最理想的途徑。

根據電解質的不同，電解水技術可以分為酸性電解水和堿性電解水。相比于堿性電解水，酸性電解水的反應速率要高2到3個數量級，副產物少，更受工業生產的青睞。但是酸性環境下電解所必須的質子交換膜不僅價格昂貴，而且會產生高酸性環境，需要大量使用如鉑、銥等貴金屬材料作為催化劑，大大增加生產的成本。當前對于堿性電解水制氫工藝的研究已經非常透徹，傳統的堿性電解技術使用氫氧化鉀溶液作為電解質，通過多孔膜輸送氫氧根離子，將兩個半電池進行分離可以有效的提高水分解的速率，減少副產物。因為堿性電解的不同化學環境，可以使用鎳、鈷、鐵等過渡金屬材料代替昂貴的鉑系催化劑，有效降低了生產成本。金屬鎳資源豐富，商用泡沫鎳作為水解的催化劑可以有效的減少成本，但是其催化性能遠遠低于貴金屬，尤其是作為陽極催化劑參與析氧反應時，會產生很大的過電位從而降低水分解時的能量轉換率，這也是制約堿水分解制氫技術發展的主要瓶頸。

鎳原子是優秀的水裂解中心，鉬原子對氫具有良好的吸附能力，鎳鉬金屬材料的析氫性能普遍非常優異，但是其作為析氧催化劑的性能并不理想，導致整體水解反應的過電位過高。大量的研究表明通過形貌調控、制造缺陷、優化電子結構等化學方法能夠有效的改善材料的電化學活性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種三元鐵鎳鉬基復合材料電解水催化劑、其制備方法和應用，以降低堿性環境下的過電位，提高催化活性。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種三元鐵鎳鉬基復合材料電解水催化劑的制備方法，包括下述的步驟：

將導電基底置于水熱反應前驅體溶液中進行水熱反應，得到NiMoO₄納米陣列基底；

將NiMoO₄納米陣列基底浸泡于含Fe³⁺離子的溶液中然后晾干；

將浸泡后的NiMoO₄納米陣列基底進行高溫還原反應，得到三元鐵鎳鉬基復合材料催化劑Fe/MoNi₄/MoO₂。

進一步的，所述導電基底為泡沫鎳或多孔導電材料。

進一步的，所述水熱反應前驅體溶液含Ni²⁺和Mo₇O₂₄^6-。

進一步的，所述水熱反應溫度為120～180℃，時間為4～8小時。