[發(fā)明專利]一種鈰修飾的鎳基催化劑及其制備方法與應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210608291.7
• 申請日: 2022-05-31
• 公開（公告）號: CN114807973A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭祥;熊禮威;邱云帆
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢工程大學(xué)
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/054;C25B11/067;C25B11/077
• 代理公司: 武漢智嘉聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 42231
• 代理人: 姜婷

本發(fā)明公開了一種鈰修飾的鎳基催化劑及其制備方法與應(yīng)用，該催化劑為負(fù)載有CeO₂的Ni₃N納米片，其制備方法為，S1.以鎳鹽為原料，以導(dǎo)電基底作為載體，在結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的作用下，進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到氫氧化鎳前驅(qū)體；S2.在含氮?dú)夥障拢瑢溲趸嚽膀?qū)體進(jìn)行煅燒，形成鎳基催化劑材料；S3.將鎳基催化劑材料置于含鈰的電解液中，進(jìn)行電沉積反應(yīng)，即得鈰修飾的鎳基催化劑材料，可調(diào)節(jié)材料表面的活性位點(diǎn)數(shù)目及電子結(jié)構(gòu)，具有低電阻、低能壘、高陽極催化性能及高穩(wěn)定性的特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種鈰修飾的鎳基催化劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的化石燃料仍然是能源的主要提供對象，但是化石燃料的燃燒帶來的環(huán)境問題嚴(yán)重影響了地球的環(huán)境，因此，科學(xué)家們致力于尋找可再生的清潔燃料來取代化石燃料，由于氫燃燒后的產(chǎn)物只有水，將氫作為汽車的能源可以杜絕尾氣中二氧化碳的排放。為了合理高效地開發(fā)和利用氫能，氫能的生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換成為了近年來科學(xué)家們研究的熱點(diǎn)問題。電催化分解水被認(rèn)為是一種能夠生產(chǎn)高純度氫的最快速、最安全、最綠色的可持續(xù)方法，同時也被視為一種大規(guī)模儲能的間接方式。

氫能作為二次能源，它的制取不但需要消耗大量的能量，而且制備的氫氣效率很低，而電解水產(chǎn)氫由于可持續(xù)性和操作簡易的特點(diǎn)，被認(rèn)為是一種實(shí)用的無污染制氫方法，受到了廣泛的關(guān)注。陰極上的析氫反應(yīng)(HER)和陽極上的析氧反應(yīng)(OER)的水電解對水轉(zhuǎn)化為氫起著重要作用。通過催化劑的作用可有效的降低反應(yīng)所需的過電勢，從而提升產(chǎn)氫效率。

在電催化水分解反應(yīng)中，常見催化劑由Pt、Ru、Ir貴金屬及其合金和化合物組成，但成本高和自然稀缺性阻礙了更廣泛的應(yīng)用，因此亟需開發(fā)經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、高效的新型催化劑。近年來，隨著電催化領(lǐng)域的快速出現(xiàn)，非貴金屬催化劑如過渡金屬硫族化物、氮化物、碳化物、硒化物、磷化物，為這一領(lǐng)域帶來了新的機(jī)遇。

然而上述非金屬催化劑在電催化水分解反應(yīng)中，產(chǎn)氫效率常常受到陽極反應(yīng)的較慢的動力學(xué)過程的限制，從而影響了整體的產(chǎn)氫效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種鈰修飾的鎳基催化劑及其制備方法與應(yīng)用，提升了電解水的效率。

為達(dá)到上述技術(shù)目的，本申請采用以下技術(shù)方案：

第一方面，本申請?zhí)峁┮环N鈰修飾的鎳基催化劑材料，其為負(fù)載有CeO₂的Ni₃N納米片。

第二方面，本申請?zhí)峁┮环N鈰修飾的鎳基催化劑材料的制備方法，包括以下步驟：

S1.以鎳鹽為原料，以導(dǎo)電基底作為載體，在結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的作用下，進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到氫氧化鎳前驅(qū)體；

S2.在含氮?dú)夥障拢瑢溲趸嚽膀?qū)體進(jìn)行煅燒，形成鎳基催化劑材料；

S3.將鎳基催化劑材料置于含鈰的電解液中，進(jìn)行電沉積反應(yīng)，即得鈰修飾的鎳基催化劑材料。

優(yōu)選的，結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑為尿素及氟化銨的混合物。

優(yōu)選的，鎳鹽、尿素、氟化銨的摩爾比為1-4:5-10:2-5。

優(yōu)選的，鎳鹽包括硝酸鎳、氯化鎳、磷化鎳、溴化鎳、硫酸鎳的一種或幾種。

優(yōu)選的，含鈰的電解液包括硝酸鈰溶液、氯化鈰溶液、硫酸鈰溶液中的一種或幾種。

優(yōu)選的，步驟S1中，水熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度為90-200℃，反應(yīng)時間為4-24h。

優(yōu)選的，步驟S2中，煅燒的升溫速率為1-25℃/min，終溫為150-700℃，保溫時間為20-360min。

優(yōu)選的，步驟S3中，電沉積反應(yīng)的電壓為0.05-10V，反應(yīng)時間為1-30h。