[發明專利]一種高活性陣列結構的雙功能電解水催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 202310059017.3
• 申請日: 2023-01-13
• 公開（公告）號: CN115852432A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 李毅;蔡建榮;劉超
• 申請（專利權）人: 派爾森環保科技有限公司
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/04;C25B11/031;C25B11/061;C25D5/34;C25D5/00
• 代理公司: 北京壹川鳴知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11765
• 代理人: 賈彥虹

本發明公開了一種高活性陣列結構的雙功能電解水催化劑的制備方法，該催化劑依次經過泡沫銅處理、氫氧化銅陣列電極制備、電解液配置、電鍍、洗滌和干燥制備而成，基于電沉積和化學沉積兩種原位反應，得到了具有高活性析氫和析氧的NiFe@NiFeCuOOH雙功能電催化劑，整個過程反應條件溫和，生產過程易于控制，成本低，周期短，易于工業化批量生產，制備得到的催化劑活性位點多，催化活性高。本發明適用于制備雙功能電解水催化劑的制備。

技術領域

本發明屬于電催化劑制備以及催化化學領域，涉及一種應用于電解水雙功能催化劑的制備方法，具體涉及一種高活性陣列結構的雙功能電解水催化劑的制備方法。

背景技術

隨著社會的發展，經濟的快速增長，近幾年來人類對能源的需求越來越大，這造成了如煤、石油等化石燃料的大量消耗，這些不可再生能源的進一步消耗加劇了能源短缺危機的到來。同時，大量化石燃料的燃燒也導致了環境污染、溫室效應的加劇、以及全球氣候變暖等嚴重的環境問題，嚴重影響人們的日常生活。隨著各國對于清潔、可再生的環保能源的重視，尋找一種高效的、環保的、可持續的再生能源已經成為全球的共識。在如今被開發的各種新能源中，氫氣作為一種具有高能量密度、燃燒產物只有水的清潔能源，在新能源領域表現出巨大的發展潛力。在眾多制氫方法中，電解水制氫作為一種新穎的綠色制氫方法得到了廣泛的關注和研究興趣。

電解水的總反應分為陽極析氧反應(OER)和陰極析氫反應(HER)。析氫反應和析氧反應的高過電位消耗了總反應的很多能量，導致氫產量的降低。為了解決這個問題，就需要高效的電催化劑來加速反應動力學。目前人們熟悉的高效析氫和析氧催化劑分別是鉑系金屬和貴金屬銥、釕的氧化物。但貴金屬資源稀少、價格昂貴、穩定性差等因素嚴重限制了其大規模應用和發展，所以尋找一種廉價的高效催化劑成為了研究重點。

一般而言，因析氫反應和析氧反應的反應歷程不同，析氫催化劑和析氧催化劑都不是同一種材料，兼具高析氫和高析氧活性的雙功能催化劑成為了一種挑戰，目前大家制備雙功能電催化劑的方法主要有水熱法、化學氣相沉積法和低溫固相法等。但是高溫高壓條件導致的制備條件苛刻、能耗成本高、反應周期長，還有制作產生的有毒物質所導致的環境問題，無法工業化批量生產使得制備雙功能電催化劑材料受到了一定的制約。因此，開發一種合成工藝簡單，成本低，可控性好，三維陣列結構的雙功能高活性電解水催化劑的方法具有重要意義。

發明內容

本發明旨在克服以上現有技術領域的不足，提供了一種高活性陣列結構的雙功能電解水催化劑的制備方法，該催化劑依次經過泡沫銅處理、氫氧化銅陣列電極制備、電解液配置、電鍍、洗滌和干燥制備而成，基于電沉積和化學沉積兩種原位反應，得到了具有高活性析氫和析氧的NiFe@NiFeCuOOH雙功能電催化劑，整個過程反應條件溫和，生產過程易于控制，成本低，周期短，易于工業化批量生產，制備得到的催化劑活性位點多，催化活性高。

本發明所采用的技術方案如下：

一種高活性陣列結構的雙功能電解水催化劑的制備方法，其特征在于，制備方法按照如下的步驟順序依次進行：

S1、泡沫銅處理

將泡沫銅裁剪成1cm*1cm，用4M的HCL和蒸餾水依次超聲清洗；

S2、氫氧化銅陣列電極制備

分別稱取過硫酸銨2～4g和氫氧化鈉1～3g置于容器中形成混合溶液，加入30mL去離子水并攪拌使其充分溶解，將S1處理后的泡沫銅于浸泡于混合溶液中，得到氫氧化銅陣列電極；

S3、電解液配置

分別稱取1～2g硫酸鎳和0.5～1g三氯化鐵置于反應容器中，向其中加入30mL蒸餾水，攪拌均勻后制得電解液；

S4、電鍍