[發明專利]具有催化活性的Co3

在審

• 申請號: 202310278411.6
• 申請日: 2023-03-21
• 公開（公告）號: CN116479436A
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 鐘達忠;劉鳳玉;趙強;田露;郝根彥;李晉平
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B1/23;C25B3/26;C25B11/091
• 代理公司: 太原申立德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 程園園

本發明屬于金屬電催化劑技術領域，具體涉及具有催化活性的Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;@Fe?B?O異質催化劑及其制備和應用。本發明通過簡單便捷的交替浸泡法制備了異質催化劑Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;@Fe?B?O，通過控制交替浸泡次數可以有效調控Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;@Fe?B?O的催化性能。測試結果表明所制備的Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;@Fe?B?O在堿性及中性條件下均表現出優異的OER催化性能，并且作為陽極催化全水解和COsubgt;2/subgt;還原反應也具有較大的潛力，此工作為制備高效的多功能催化劑提供了一種簡單有效的策略。

技術領域

本發明屬于金屬電催化劑技術領域，具體涉及具有催化活性的Co₃O₄@Fe-B-O異質催化劑及其制備和應用。

背景技術

日益嚴重的能源危機和環境污染，迫使人類尋求一種可再生的清潔能源來替代傳統化石能源。氫能因其零排放、燃燒熱值高，被認為是一種理想的替代品。電解水制氫技術成熟、工藝簡單，是一種高效的產氫途徑。電解水由兩個半反應組成，與陰極的析氫反應(HER)相比，陽極的析氧反應(OER)涉及復雜的質子-電子耦合過程，動力學緩慢，是限制電解水制氫的主要因素。制備高效的OER催化劑可以加速水分解效率。貴金屬基催化劑如Ir-、Ru-等電催化性能突出，但其高昂的成本限制了其大規模應用。因此，開發儲量豐富、價格低廉的高效催化劑具有很大的實用價值。

過渡金屬氧化物Co₃O₄具有很高的內在催化活性和電化學穩定性，且成本很低，被認為是最有潛力的電化學催化材料之一。然而，Co₃O₄的電催化性能仍不能達到工業制氫的要求，需要進一步提高其催化性能來滿足工業需求。構建異質結構可以結合兩異質組分的優勢，是提高材料電催化性能的一種可行策略，如Xie(Xu,W.；Xie,W.；Wang,Y.Co₃O_4-x-Carbon@Fe_2-yCo_yO₃?Heterostructural?Hollow?Polyhedrons?for?the?Oxygen?EvolutionReaction.ACS?Applied?MaterialsInterfaces?2017,9(34),28642-28649.)等構建了Co₃O_4-x-carbon@Fe_2-yCo_yO₃異質結構，結合了Fe_2-yCo_yO₃大比表面積和Co₃O_4-x表面缺陷的優勢，顯著提高了Co₃O₄的催化性能。此外，引入硼酸根離子已被證明可有效促進OER。如Wang等(You,C.；Ji,Y.；Liu,Z.；Xiong,X.；Sun,X.Ultrathin?CoFe-Borate?Layer?Coated?CoFe-Layered?Double?Hydroxide?Nanosheets?Array:A?Non-Noble-Metal?3D?CatalystElectrode?for?Efficient?and?Durable?Water?Oxidation?in?Potassium?Borate.ACSSustainable?ChemistryEngineering?2018,6(2):1527-1531.)制備的Ni-Fe-O-B具有優異的OER性能。然而，大多異質結構的構建采用的是水熱法、電沉積法等，過程較為復雜，對設備要求高。因此，開發一種簡單便捷的方法，來構建Co₃O₄和硼酸鹽的異質結構，有望提高Co₃O₄的電催化性能，進一步拓寬其應用范圍。

發明內容