[發明專利]一種金屬氫氧化物復合電催化劑的制備方法及其產品

有效

• 申請號: 202111522301.7
• 申請日: 2021-12-13
• 公開（公告）號: CN114196983B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 田忠良;李錚;周言根;程皓;郭春;汪滔
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C25B11/075
• 分類號: C25B11/075;C25B11/061;C25B11/065;C25B1/04;C25B11/054
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

本發明公開了一種金屬氫氧化物復合電催化劑的制備方法及其產品，包括以下步驟：1)將金屬鹽A、金屬鹽B和金屬鹽C中的至少一種，按照設定的比例將其置于溶劑中，攪拌溶解后，得到溶液D；2)將導電基底Y進行預處理，取預處理后的導電基底Y置于溶液中D中，在設定溫度下進行吸附，吸附完畢后，進行真空干燥，干燥完畢后，得到前驅體；3)將前驅體置于堿性溶液中進行浸泡，浸泡完畢后，得到金屬氫氧化物復合電催化劑。本發明所述的復合電催化劑為納米多孔結構，缺陷豐富，比表面積大，導電性好，具有優異的電荷傳輸特性和穩定性。其中活性最好的催化劑常規條件下，電流密度為10mAcmsupgt;?2/supgt;時僅需過電位180mV，而且在反應900h之后，體系仍保持穩定。

技術領域

本發明屬于電催化技術領域，具體涉及一種金屬氫氧化物復合電催化劑的制備方法及其產品。

背景技術

由于化石能源的日益枯竭，可再生清潔能源的開發越來越受到人們的重視。但在太陽能、水能、風能等清潔能源蓬勃發展后，能源產出的不穩定和存儲運輸成為新的問題。電化學分解水是一種轉移不穩定能量、生產可持續高效氫能的有效途徑。電解水反應包括陽極析氧反應(OER)和陰極析氫反應(HER)。電解水的理論驅動電壓為1.23V，但反應過程中復雜的電子傳遞機制和遲緩的動力學增加了啟動能量閾值，因此需要更高的過電位。目前，貴金屬類材料的性能最好，如用于OER的IrO₂和RuO₂和用于HER的Pt，但其稀缺性和高價格限制了其廣泛應用。高效、穩定的非貴金屬基催化劑是降低成本和工藝復雜性的可行催化劑，雙功能整體水分解電催化劑是其中較好的選擇。而堿性溶液由于對金屬基催化劑具有較好的穩定性，常被用作理想的電解液。因此，需要探索在堿性電解液中對OER和HER具有較高的電催化活性的電催化劑。

金屬氫氧化物因為較高的析氫/氧性能、價格低廉引起了研究者的廣泛關注。但是金屬氫氧化物與貴金屬催化劑相比，仍然存在活性較低，穩定性較差的缺點。所以研究者們通過多種過渡金屬元素的組合，如Co、Mo、Fe等，制備出了電解析氫/氧催化活性較高的單/多金屬氫氧化物。同時通過不同的方法制備納米的金屬基金屬氫氧化物催化劑材料，如原子沉積法、電化學沉積法、溶膠-凝膠法等。如文獻所報道的Li等人合成了MoO₃/Ni-NiO/CC催化劑，(Adv.Mater.2020,2003414)。Pang等人兩步法合成了NiFe?LDH-rGO，并在堿性條件下用作OER的電催化劑(J.Power?Sources?2016,33,53-60)。上述制備方法雖然在析氫/氧電催化活性上取得了長足的進步，但仍然存在工藝過程復雜，所使用藥品毒性大、易殘留等缺陷，難以大規模工業化生產，或者在制備過程中需要使用添加劑和導電劑，降低了催化劑與集體的結合力，從而導致其穩定性下降。

發明內容

本發明的目的是提供一種可簡單大規模制備的用于水分解過程中的產氫/氧反應中的金屬氫氧化物復合電催化劑的制備方法及其產品；本發明的制備方法采用了原位生長的方式，在強堿溶液中將金屬氫氧化物組裝在導電基底材料上，得到了具有優異活性和穩定性的復合電催化劑；該方法制備的復合電催化劑具有多孔結構，催化劑活性物質與導電基體之間結合緊密，機械穩定性高。

本發明這種金屬氫氧化物復合電催化劑的制備方法，包括以下步驟：

1)將金屬鹽A、金屬鹽B和金屬鹽C中的至少一種，按照設定的比例將其置于溶劑中，攪拌溶解后，得到溶液D；

2)將導電基底Y進行預處理，取預處理后的導電基底Y置于步驟1)中的溶液中D中，在設定溫度下進行吸附，吸附完畢后，進行真空干燥，干燥完畢后，得到前驅體；

3)將步驟2)中的前驅體置于堿性溶液中進行浸泡，浸泡完畢后，得到金屬氫氧化物復合電催化劑。