[發(fā)明專利]一種含鈷和鎳的復(fù)合電催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211039239.0
• 申請(qǐng)日: 2022-08-29
• 公開（公告）號(hào): CN115261915B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬靚;陳雄;劉淑杰;張維錦;李筱霏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)春大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B11/089
• 分類號(hào): C25B11/089;C25B11/065;C25B1/04
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 馮小嬌

本發(fā)明采用CFP作為基底，以避免使用粘結(jié)劑，從而避免使用粘結(jié)劑降低制備的所述催化劑的催化性能；先后在CFP表面原位沉積CoSsubgt;2/subgt;和NiCosubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;，避免CoSsubgt;2/subgt;的團(tuán)聚，暴露更多的活性催化位點(diǎn)，其中CoSsubgt;2/subgt;析氫和析氧動(dòng)力學(xué)過(guò)程較快，導(dǎo)電性能優(yōu)異，雙金屬硫化物NiCosubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;本身存在豐富的氧化還原電對(duì)，CoSsubgt;2/subgt;和NiCosubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;復(fù)合形成異質(zhì)結(jié)，從而加速電子在電催化過(guò)程中的轉(zhuǎn)移速率，且在形成所述異質(zhì)結(jié)時(shí)還會(huì)產(chǎn)生缺陷和空位，提供了更多的催化活性位點(diǎn)，進(jìn)一步提高電催化性能，CoSsubgt;2/subgt;和NiCosubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;的協(xié)同效應(yīng)得到充分利用，顯著提高了制備得到的所述含鈷和鎳的復(fù)合電催化劑的析氫、析氧和電解水催化性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及催化材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種含鈷和鎳的復(fù)合電催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著人類社會(huì)的快速發(fā)展，能源短缺問(wèn)題和環(huán)境污染問(wèn)題日益成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，這也促使人們高度重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)及能源的可持續(xù)發(fā)展。目前，人類能源供給逐漸從化石能源向太陽(yáng)能、潮汐能、風(fēng)能等無(wú)污染可持續(xù)的綠色能源轉(zhuǎn)變。然而，這些綠色能源也存在一些不足之處，如容易受到天氣、時(shí)間和地域的影響，無(wú)法持續(xù)穩(wěn)定供給，難以滿足人類生產(chǎn)生活的需求。而氫能在使用過(guò)程中無(wú)污染，能量密度高，其供應(yīng)形式比其他綠色能源更穩(wěn)定，已經(jīng)成為最具有應(yīng)用前景的綠色能源之一。

氫氣的制取手段有很多種，主要有甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化法、天然氣制氫法以及電解水制氫法。工業(yè)上主要采取甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化法和天然氣制氫法，但是在制取過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生溫室氣體二氧化碳。在電解水制備氫氣過(guò)程中，陰極和陽(yáng)極分別發(fā)生還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)，只有氫氣和氧氣生成，制備方法更綠色更環(huán)保，另一產(chǎn)物氧氣在醫(yī)療保健、國(guó)防工業(yè)等方面也有著廣泛的運(yùn)用。

使用電解水法制取氫氣和氧氣的過(guò)程中，需要克服一定的能量勢(shì)壘。在電解水過(guò)程中引入催化劑是解決這一問(wèn)題的有效手段。目前，商業(yè)上使用較多的催化劑為Pt、Pd和Ru等貴金屬催化劑，然而貴金屬在地殼中的儲(chǔ)量相對(duì)較低且成本相對(duì)高昂，這嚴(yán)重阻礙了電解水制氫和制氧的廣泛推廣和應(yīng)用。因此，提供一種電催化性能高效且成本低的電解水催化劑是現(xiàn)有技術(shù)亟需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種含鈷和鎳的復(fù)合電催化劑及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的制備方法，原料來(lái)源廣泛，成本低廉，制備的含鈷和鎳的復(fù)合電催化劑，在析氫反應(yīng)、析氧反應(yīng)和電解水方面都表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種含鈷和鎳的復(fù)合電催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將碳纖維紙進(jìn)行親水性處理，得到預(yù)處理的碳纖維紙；

(2)將所述步驟(1)得到的預(yù)處理的碳纖維紙浸漬到含鈷源和硫源的水溶液中，然后進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到二硫化鈷/碳纖維紙；

(3)將所述步驟(2)得到的二硫化鈷/碳纖維紙浸漬到含鈷源、鎳源和硫源的水溶液中，然后進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到含鈷和鎳的復(fù)合電催化劑。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中親水性處理為電化學(xué)處理、熱處理氧化、液相處理、等離子體處理、微波處理中的一種。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中含鈷源和硫源的水溶液中鈷源和所述步驟(3)中含鈷源、鎳源和硫源的水溶液中的鈷源獨(dú)立地為CoCl₂·6H₂O和Co(NO₃)₂·6H₂O中的一種或兩種。