[發明專利]一種堿性HER催化劑電極及其制備方法

在審

• 申請號: 202211655592.1
• 申請日: 2022-12-22
• 公開（公告）號: CN115747872A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 張君宇;楊福源
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 周淑歌

本發明屬于催化技術領域，具體涉及一種堿性HER催化劑電極及其制備方法。本發明提供的堿性HER催化劑電極的制備方法，包括以下步驟：1)將CoCl₂、NiCl₂、尿素和水混合，得到混合溶液；2)將泡沫鎳浸入步驟1)中的混合溶液中，進行水熱反應，冷卻，洗滌、干燥，得到前驅體；3)將前驅體與次磷酸鈉在保護氣氛中進行焙燒，冷卻、洗滌、干燥，得到所述HER催化劑電極。本發明特定的使用CoCl₂、NiCl₂為原料制備得到的催化劑電極擁有豐富的界面區域，細小均勻的微觀結構，有助于暴露大量活性位點從而提高堿性HER催化活性。

技術領域

本發明屬于催化技術領域，具體涉及一種堿性HER催化劑電極及其制備方法。

背景技術

水分解反應由析氫反應(HER)和析氧反應(OER)兩個半反應組成，然而，高活化能導致HER和OER的動力學變得緩慢，因此需要消耗過多的能量來達到所需的反應速率。貴金屬催化劑(Pt、Ir和Ru)已被廣泛認為是HER和OER的最佳催化劑，但它們的工業應用受到高成本、低儲存能力和低穩定性的嚴重限制。目前工業上常見的是堿性水電解制氫，普遍采用鎳網作為催化劑電極，陽極OER反應與貴金屬IrO₂活性差距不大，關鍵是陰極HER反應，Ni與Pt的活性相差甚遠。因此，開發出一種廉價、高效的HER催化劑電極，對于電解水制氫的降成本推廣具有遠大意義。過渡金屬磷酸物(TMPs)由于其無毒、良好的化學穩定性、低成本和在堿性電解液中優異的催化活性而受到廣泛關注。CoP₃由于其高導電性和穩定性的優點成為TMPs中的杰出代表，但CoP₃與氫的結合能過強，不利于后續的氫氣的脫附過程從而導致催化劑電極的堿性HER催化活性低，催化作用有限。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于克服現有技術中催化劑電極的HER催化活性低，催化作用有限的缺陷，從而提供一種堿性HER催化劑電極及其制備方法。

本發明提供一種堿性HER催化劑電極的制備方法，包括以下步驟：

1)將CoCl₂、NiCl₂、尿素和水混合，得到混合溶液；

2)將泡沫鎳浸入步驟1)中的混合溶液中，進行水熱反應，冷卻，洗滌、干燥，得到前驅體；

3)將前驅體與次磷酸鈉在保護氣氛中進行焙燒，冷卻、洗滌、干燥，得到所述HER催化劑電極。

可選的，步驟1)各組分只要混合均勻即可，例如可經過磁力攪拌20min獲得均勻的混合溶液，混合溶液為透明的粉紅色溶液。

優選的，步驟3)中所述焙燒溫度為350-450℃，焙燒時間為2-3h。

優選的，所述焙燒的升溫速率為3-5℃/min。

優選的，步驟1)中的CoCl₂、NiCl₂與尿素的摩爾比為(1-2.5)：(1-1.5)：6。

所述NiCl₂與水的用量比值為1.5：(40-60)，單位為mol/L。

優選的，步驟2)中所述水熱反應的反應溫度為120-150℃，反應時間為6-8h。

可選的，水熱合成反應在聚四氟乙烯反應釜內襯中進行。

可選的，泡沫鎳(NF)的頂面被聚四氟乙烯膠帶覆蓋，使得產物在泡沫鎳的另一面沉積。

優選的，步驟3)中所述前驅體與次磷酸鈉的質量比為1：(5-10)；

和/或，所述保護氣氛為Ar。

本發明對煅燒退火的設備沒有特殊要求，典型非限定性的，煅燒退火使用管式爐，煅燒結束后自然冷卻到室溫。