[發明專利]一種快速構筑納米圓錐支撐納米片電催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 202211675413.0
• 申請日: 2022-12-26
• 公開（公告）號: CN116065185A
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 苗麗華;隋麗麗;李茜;任玥;李紅梅;黃和;孟健
• 申請（專利權）人: 沈陽醫學院
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B11/061;C25B11/031;C01G51/00;C25D9/04;B82Y40/00;B82Y30/00;C25B1/04
• 代理公司: 沈陽銘揚聯創知識產權代理事務所(普通合伙) 21241
• 代理人: 屈芳

本發明屬于產氫材料制備領域，具體地而言為一種快速構筑納米圓錐支撐納米片電催化劑的制備方法。該方法包括：將0.5?1.0g硝酸鈷、0.2?0.5g硝酸鋅，0.05?0.1g氟化銨，0.3?0.5g尿素溶入40?80ml水中，預處理的泡沫鎳，攪拌、反應、冷卻、清洗以及干燥；將制備的樣品在300?400℃下煅燒1?3h得到ZnCosubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;樣品。接著以電解液為0?0.5mol/l硝酸鈷溶液。利用在泡沫鎳上生長的ZnCosubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;樣品作為工作電極。Ag/AgCl作為參比電極，Pt作為對極進行電化學沉積反應，對應的電沉積電位為?0.5?1.5V下進行5?25分鐘。將樣品洗滌和干燥。并在300?400℃空氣中煅燒1?3h可得到納米圓錐支撐納米片狀的ZnCosubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;@Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;。這種納米圓錐支撐納米片狀材料能夠解決材料均一性，并加快電子傳輸性，提高活性位點暴露等問題。

技術領域

本發明屬于氫能電催化劑制備領域，具體地而言為一種快速構筑納米圓錐支撐納米片電催化劑的制備方法，可用于水分解制氫，二氧化碳還原以及氧還原等相關領域。

背景技術

當前，氫能是一種近年來備受關注，快速發展的新型能源，具有零污染、零碳排放、能量密度高(超過140MJ/kg，是化石能源的3倍，鋰電池的100倍)、蘊藏豐富(原料為水、天然氣等)、可儲存、可再生等優勢。近年來，氫能需求日益增長，氫能產業已成為美國、德國、日本等發達國家的戰略選擇。然而，目前國內外基于天然氣煤炭的制氫工藝，存在如化石原料儲藏量有限、高污染、能耗高等缺陷，難以滿足未來的清潔氫能市場需求。電解水制氫則可以利用內陸豐富的光伏、風電、核電、水電等電力資源以及沿海豐富的海水資源實現高效、低污染的氫能生產，但是長期以來受限于鉑等貴金屬電催化劑，導致成本居高不下，難以實現商業化大規模應用。迄今為止，最有效的析氫反應(HER)和析氧反應(OER)的電催化劑是具有較高的交換電流密度的Pt基、Ru基和Ir基材料。

因此，開發新型高效產氫電催化劑成為電解水制氫實用化與商業化的關鍵。已報道的新型電催化劑大致可以歸為兩類研究方向：(1)基于高催化活性非貴金屬元素的新型化合物電催化劑，如過渡族金屬、金屬有機框架及其氮、磷、硫和硼化物；(2)設計并合成具有高比表面，高擴散性能，高催化活性位點載量的催化劑結構，如二硫化鉬、石墨烯等二維平面材料催化劑、碳納米管等多孔催化劑等。然而，當下HER電催化劑的研究依然面臨以下的問題和挑戰，如：(1)使用如鉬、釕、銠、碳納米管等材料的催化劑成本有待降低，制備存在污染；(2)催化劑結構設計不合理，活性組分利用率低，利用納米工程技術設計的具有高傳質擴散性能的三維立體結構的電催化劑研究尚不多；(3)酸堿環境要求苛刻，抗腐蝕、穩定和再生、電化學性能差，能耗高，難以在復雜離子環境的海水中穩定工作等。過渡金屬儲量豐富而且價格低廉，其衍生物磷化物也被廣泛的研究。近年來，大量的研究工作表明，非貴金屬基催化劑具有特殊的電子結構、良好的催化性能、儲量豐富、易于制備和調控，可大大降低生產成本和難度，顯示出應用前景。其中，ZnCo₂O₄因其優異的電催化性能、改性尖晶石結構以及比單金屬氧化物更高的導電性，具有良好的電子傳遞能力，能有效促進催化反應效率，成為熱門研究材料之一。此外，ZnCo₂O₄納米結構還可作為電解水的催化劑，它不同于其他MCo₂O₄(M＝Ni,Mn,Fe)氧化物，具有優異的電催化性能。這是因為在尖晶石ZnCo₂O₄中，Co³⁺位于電催化活性中心的八面體位置，而Co²⁺位于四面體位置。而Zn²⁺的干預并不影響Co³⁺在催化活性中心的位置，只是取代了Co²⁺的位置。但是ZnCo₂O₄材料還存在體積在反應過程中容易發生劇烈變化的問題，導致使用過程中出現粉狀現象，影響穩定性。因此，需要設計合理的制備方法來改進材料。

發明內容