[發(fā)明專利]一種Co3-x

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111470637.3
• 申請(qǐng)日: 2021-12-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114293220B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔志明;鐘承志;張嘉熙;涂院華;張龍海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B11/075
• 分類號(hào): C25B11/075;C25B1/04;C01B21/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林奕聰

本發(fā)明公開(kāi)了一種Cosubgt;3?x/subgt;Fesubgt;x/subgt;Mosubgt;3/subgt;N析氧電催化材料及其制備方法與應(yīng)用。該方法是將鈷、鐵和鉬的前驅(qū)體溶解于水中，進(jìn)行水熱反應(yīng)后，對(duì)所得的固體產(chǎn)物進(jìn)行焙燒和氮化處理，即得到二元至三元金屬氮化物Cosubgt;3?x/subgt;Fesubgt;x/subgt;Mosubgt;3/subgt;N析氧電催化材料，其中0x≤3。本發(fā)明制備的Cosubgt;3?x/subgt;Fesubgt;x/subgt;Mosubgt;3/subgt;N材料具有高的電導(dǎo)率，優(yōu)異的電催化析氧反應(yīng)活性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。本發(fā)明的Cosubgt;3?x/subgt;Fesubgt;x/subgt;Mosubgt;3/subgt;N材料相比于商業(yè)的Ir基和Ru基貴金屬析氧催化劑極大地降低了催化劑的成本，且制備方法簡(jiǎn)單，有效，可控，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電催化材料和清潔能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Co_3-xFe_xMo₃N析氧電催化材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著化石燃料的枯竭和環(huán)境污染的日益加劇，開(kāi)發(fā)新型可再生清潔能源已成為迫切需求。氫氣由于其高能量密度和無(wú)污染的特點(diǎn)被認(rèn)為是21世紀(jì)最具希望的能源載體之一。通過(guò)間歇性可再生能源發(fā)電驅(qū)動(dòng)電解水制氫是未來(lái)獲取氫氣的重要方式。目前電解水制氫技術(shù)的發(fā)展比較有限，其中一個(gè)重要的原因是受限于陽(yáng)極析氧反應(yīng)(OxygenEvolution?Reaction，OER)緩慢的動(dòng)力學(xué)，導(dǎo)致電解水整體能量效率不高。因此，開(kāi)發(fā)高性能的OER電催化劑，以提高陽(yáng)極OER的動(dòng)力學(xué)，對(duì)推動(dòng)高效電解水制氫技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。目前，貴金屬Ir、Ru及其氧化物，被認(rèn)為是最好的析氧反應(yīng)催化劑，但是其稀缺性帶來(lái)的高成本問(wèn)題限制了其大規(guī)模應(yīng)用。

過(guò)渡金屬氮化物(Transition?Metal?Nitrides,TMNs)由于其具有類金屬物理性質(zhì)和獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)，在電催化領(lǐng)域備受關(guān)注。在過(guò)渡金屬氮化物家族中，有一種通式為A₃B₃N(其中，A＝Fe，Co，Ni，B＝Mo，W)的氮化物，由于具有高金屬含量而具有很強(qiáng)的金屬性質(zhì)，也因而具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，可保證電催化過(guò)程的高效的電子傳導(dǎo)。同時(shí)，這類材料具備獨(dú)特的組分可調(diào)控性，即其中A位金屬或B位金屬可被其他類似的過(guò)渡金屬取代。通過(guò)優(yōu)化材料組分調(diào)變電子結(jié)構(gòu)，可達(dá)到提升材料電催化活性和穩(wěn)定性的效果。盡管目前已經(jīng)有研究將A₃B₃N應(yīng)用于電催化領(lǐng)域(Co₃Mo₃N—An?efficient?multifunctionalelectrocatalyst，The?innovation，2021，100096)，但是其催化活性仍然較差，不能滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

因此，研制出高性能的金屬氮化物析氧電催化劑，解決電解水陽(yáng)極OER活性不足、效率低下的技術(shù)問(wèn)題，對(duì)加快實(shí)現(xiàn)電解水制氫技術(shù)的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種Co_3-xFe_xMo₃N析氧電催化材料及其制備方法與應(yīng)用，該催化劑具有優(yōu)異的電催化析氧反應(yīng)活性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。本發(fā)明是以具有優(yōu)異導(dǎo)電性的Co₃Mo₃N為切入點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)A位過(guò)渡金屬的比例關(guān)系，以Fe對(duì)其中Co進(jìn)行不同程度取代，實(shí)現(xiàn)組分調(diào)控，優(yōu)化不同金屬之間的協(xié)同作用，達(dá)到提高催化劑的OER性能的目的。

本發(fā)明提供的一種Co_3-xFe_xMo₃N型析氧電催化材料，通過(guò)如下方法制備：將含有鈷和鐵的可溶性前驅(qū)體溶解于水溶液中，將上述溶液加入至溶有鉬的可溶性前驅(qū)體的水溶液中，再將混合液移至水熱反應(yīng)釜中，進(jìn)行密閉水熱反應(yīng)，對(duì)所得沉淀物在氨氣氣氛下熱處理，即可獲得Co_3-xFe_xMo₃N析氧電催化材料。