[發(fā)明專(zhuān)利]一種過(guò)渡金屬電解水催化劑的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111049285.4
• 申請(qǐng)日: 2021-09-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113737202A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程瑩;李太斌;張沖;李小聯(lián);劉宏文;張興;龐飛;敬一楓;袁志鐳;馬星;粟麗蓉;郭榮鑫;周心怡;何鵬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 四川華能氫能科技有限公司;中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司;華能集團(tuán)技術(shù)創(chuàng)新中心有限公司;四川華能太平驛水電有限責(zé)任公司;四川華能寶興河水電有限責(zé)任公司;四川華能嘉陵江水電有限責(zé)任公司;四川華能東西關(guān)水電股份有限公司;四川華能康定水電有限責(zé)任公司;四川華能涪江水電有限責(zé)任公司;華能明臺(tái)電力有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): C25B1/04
• 分類(lèi)號(hào): C25B1/04;C25B11/091
• 代理公司: 成都眾恒智合專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 51239
• 代理人: 趙健淳

本發(fā)明公開(kāi)了一種過(guò)渡金屬電解水催化劑的制備方法，涉及制氫領(lǐng)域，該過(guò)渡金屬電解水催化劑的制備方法，包括以下步驟：S1、制備磷化鐵前驅(qū)體：包括以下步驟：制備預(yù)處理泡沫鎳；在常溫條件下，在100mL規(guī)格的燒杯中依次加入1?丁醇、P123表面活性劑、硝酸，形成均勻溶液；干燥后的泡沫鎳在空氣中，持續(xù)煅燒12h，得到樣品即為meso?Fe₂O₃/CC，以meso?Fe₂O₃/CC為前驅(qū)體，NaH₂PO₂為磷源，通過(guò)低溫磷化反應(yīng)制備meso?FeP/CC；在氬氣氣氛中將管式爐升溫至350℃，然后快速冷卻至室內(nèi)溫度，得到樣品meso?FeP/CC；meso?FeP/CC的電化學(xué)活性最高，表現(xiàn)出最優(yōu)的HER催化活性；meso?FeP/CC在析氫時(shí)，氫氣能及時(shí)從表面脫離；催化過(guò)程中需克服更小的能量勢(shì)壘；meso?FeP/CC的穩(wěn)定性高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及制氫領(lǐng)域，具體涉及一種過(guò)渡金屬電解水催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

在化石能源逐漸枯竭的當(dāng)下，尋找高效、可持續(xù)利用的清潔能源成為當(dāng)今的研究重點(diǎn)。其中，氫能具有重量能量密度大、生成物無(wú)污染、可再生的優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的清潔能源。在多種制氫方法中，電解水制氫法符合能源再生和降低環(huán)境污染的要求，是一種清潔、高效的可持續(xù)制氫方法。

在電解水過(guò)程中，催化劑的使用可降低水分子分解所需的過(guò)電位，從而降低能耗。目前，Pt族金屬具有催化活性高、析氫過(guò)電位小的優(yōu)點(diǎn)，是目前最理想的電解水催化劑。但是，儲(chǔ)量少、成本高，不適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用，因而需要需性價(jià)比更高的催化劑，在多種催化劑材料中，過(guò)渡金屬磷化物具有高電導(dǎo)率、高催化活性、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，成為非貴金屬電解水催化劑中的典型代表，其中磷鐵化物的表現(xiàn)更為優(yōu)秀。

現(xiàn)在通常是采用液相反應(yīng)制備過(guò)渡金屬磷化物，以三正辛基膦(TOP)作為磷源，在有機(jī)溶劑中通過(guò)液相反應(yīng)形成磷化物。但是這種方式生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品催化性能較為薄弱。

發(fā)明內(nèi)容

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種過(guò)渡金屬電解水催化劑的制備方法，包括以下步驟：S1、制備磷化鐵前驅(qū)體：包括以下步驟：

S01、制備預(yù)處理泡沫鎳；采用3molL^-1鹽酸、去離子水、乙醇依次在超聲波清洗機(jī)中超聲清洗15-30分鐘，烘干備用；

S02、在常溫條件下，在100mL規(guī)格的燒杯中依次加入10mL的1-丁醇、1.2g的P123表面活性劑、1mL硝酸，強(qiáng)烈攪拌至形成均勻溶液；

S03、將預(yù)處理泡沫鎳轉(zhuǎn)移到100mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，并將內(nèi)襯放于不銹鋼高壓釜中，溫度為不低于120℃，時(shí)間為4h-8h，加熱結(jié)束后，待高壓釜冷卻到室溫后取出其中目標(biāo)樣品；

S07、干燥后的泡沫鎳在空氣中，在150℃的溫度條件、正常大氣壓下，持續(xù)煅燒12h，得到樣品即為meso-Fe₂O₃/CC，此時(shí)前驅(qū)體制備完成；

S2、催化劑成品的制備

S21、以meso-Fe₂O₃/CC為前驅(qū)體，NaH₂PO₂為磷源，通過(guò)低溫磷化反應(yīng)制備meso-FeP/CC；

S23、將meso-Fe₂O₃/CC和NaH₂PO₂置于石英舟或者瓷舟中，分置于管式爐的中心控溫區(qū)，其中NaH₂PO₂位于氣路上游端，meso-Fe₂O₃/CC位于氣路下游端。