[發明專利]一種蜂窩狀電解水催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210335093.8
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114517303B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 劉世熙;孫彭亮;胡廣志
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: C25B11/04
• 分類號: C25B11/04;C25B1/04;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉奇

本發明提供了一種蜂窩狀電解水催化劑及其制備方法和應用，屬于電催化技術領域。利用本發明方法制得的蜂窩狀電解水催化劑，具有多孔、高比表面積、較多的表面活性位點，較好的電子傳導能力等優點，該催化劑作為工作電極或分別作為陰極和陽極，在堿性電解液中對析氫與析氧反應同時表現出優異的催化活性與穩定性。同時該催化劑成本低廉，制備方法制備工藝簡單易行，環境友好，催化性能優越，為該類材料在電催化領域提供了基礎應用研究。

技術領域

本發明涉及電催化技術領域，尤其涉及一種蜂窩狀電解水催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

化石燃料的迅速枯竭加上環境危機，強烈刺激了開發可再生替代能源的追求。氫氣作為一種零碳足跡的燃料，因其高能量密度和清潔而被認為是一種很有前途的化石燃料的替代品。目前，Pt基和Ir/Ru基化合物已分別為最先進的HER和OER電催化劑。然而，這些貴金屬的高昂價格、稀缺性、低雙功能性(分別在HER和OER中都具有優異的催化性能)和較差的穩定性嚴重限制了它們的廣泛應用。

碳化鉬是早期過渡金屬碳化物的重要成員，由于其電子結構與鉑族金屬相似，作為一種高性能的析氫反應(HER)電催化劑引起了研究者的興趣。但是仍然存在電解水雙功能性差，不穩定等問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種蜂窩狀電解水催化劑及其制備方法和應用，兼具高活性、高穩定性和雙功能性，且成本低廉。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種蜂窩狀電解水催化劑的制備方法，包括以下步驟：

將多酸和過渡金屬鹽溶于熱水中進行摻雜，然后加入重結晶溶劑，進行重結晶，得到過渡金屬摻雜多酸；所述多酸為磷鉬酸或磷鎢酸；所述過渡金屬鹽為Fe鹽、Co鹽或Ni鹽；

將所述過渡金屬摻雜多酸、SiO₂球和碳氮源在溶劑中混合，進行預聚合，得到預聚物；所述碳氮源為鹽酸多巴胺、三聚氰胺或聚苯胺；所述SiO₂球的粒徑為200～1000nm；

將所述預聚物進行熱解，得到熱解產物；

利用氫氟酸將所述熱解產物中的SiO₂球進行刻蝕，得到蜂窩狀電解水催化劑。

優選的，所述多酸和過渡金屬鹽中過渡金屬離子的摩爾比為1：(0.7～2.5)。

優選的，所述熱水中還含有重結晶助劑，所述重結晶助劑包括醋酸鉀或碳酸鉀；所述多酸和重結晶助劑的摩爾比為1：(1～1.5)；所述摻雜的溫度為85～105℃。

優選的，所述重結晶溶劑包括甲醇、乙腈、乙醇或甲苯；所述重結晶的溫度為1.5～12.3℃。

優選的，所述熱解的溫度為700～900℃，保溫時間為5～8h。

優選的，所述預聚合所用溶劑為甲醇、乙醇或乙腈。

優選的，所述過渡金屬摻雜多酸和碳氮源的質量比為1：(0.8～3.8)。

優選的，所述碳氮源和SiO₂球的質量比為1：(1.3～11.8)。

本發明提供了上述方案所述制備方法制備得到的蜂窩狀電解水催化劑。

本發明提供了上述方案所述蜂窩狀電解水催化劑在堿性電解水中的應用。