[發明專利]釕氮摻雜碳包覆的銅鈷合金納米催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202310617059.4
• 申請日: 2023-05-29
• 公開（公告）號: CN116334686B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 鄧晨;潘松圻;李小杰;魯欣欣;趙苑竹;黃鵬輝;李海龍
• 申請（專利權）人: 中石油深圳新能源研究院有限公司;中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 北京華夏泰和知識產權代理有限公司 11662
• 代理人: 鄧菊香

本申請提供了一種釕氮摻雜碳包覆的銅鈷合金納米催化劑及其制備方法，釕氮摻雜碳包覆的銅鈷合金納米催化劑的制備方法包括：將硝酸銅、硝酸鈷和六氰鈷酸鉀混合，得到普魯士藍類似物前驅體；對普魯士藍類似物前驅體進行研磨，并分散到溶劑中進行攪拌，得到普魯士藍類似物分散溶液；將氯化釕溶液加入到普魯士藍類似物分散溶液中，得到釕摻雜普魯士藍類似物；將普魯士藍類似物前驅體、釕摻雜普魯士藍類似物進行研磨，并進行煅燒，得到氮摻雜碳包覆的銅鈷合金催化劑和釕氮摻雜碳包覆的銅鈷合金納米催化劑。通過本申請的技術方案，在氮摻雜碳包覆的銅鈷合金中摻雜少量的釕，可有效提高催化劑在堿水電解制氫陽極反應性能，降低陽極反應過電勢。

技術領域

本申請涉及堿性電解水制氫陽極催化劑制備技術領域，具體而言，涉及一種釕氮摻雜碳包覆的銅鈷合金納米催化劑及其制備方法。

背景技術

氫氣（H₂）作為高能量密度、零碳排放的清潔能源載體，被認為是改變目前以化石燃料為主要能源結構的最有希望的二次能源載體。與傳統的化石燃料重整制氫相比，電解水制氫因其產品純度高、無污染，被認為是一種可再生的環保技術。電解水制氫包括兩個半反應：陽極析氧反應(OER)和陰極析氫反應(HER)，其中陽極反應因涉及四電子轉移，具有緩慢的動力學過程，使陽極過電位較大，因此，發展高效的陽極催化劑對電解水反應整體效率提升十分重要。目前高效的陽極催化劑以銥、釕氧化物為主，貴金屬的稀缺性限制了他們的普遍利用，因此，降低貴金屬材料的使用同時提高陽極析氧效率對電解水制氫技術的普及十分重要。

在非貴過渡金屬基催化劑中，氮摻雜碳包覆的材料具有優良的導電性、穩定性，被認為是具有商用前景的堿水制氫陽極催化材料。與單金屬體系相比，雙金屬或三金屬合金因具有獨特的表面特性展現出更高的活性。在這些體系中，氮摻雜碳包覆的銅鈷合金催化劑（CuCo@NC）電催化劑引起了廣泛的關注，但氮摻雜碳包覆的Cu基材料在高溫熱解過程中易發生可逆熔合和自聚集，因Cu基材料在相同溫度下擴散常數較大，所以制備Cu元素均勻分布的氮摻雜碳包覆的銅鈷合金催化劑難度較大，此外CuCo基催化劑在堿性條件下的活性相比于貴金屬基催化劑仍有較大差距。

發明內容

本申請旨在解決或改善上述技術問題。

為此，本申請的第一目的在于提供一種釕氮摻雜碳包覆的銅鈷合金納米催化劑的制備方法。

本申請的第二目的在于提供一種釕氮摻雜碳包覆的銅鈷合金納米催化劑。

為實現本申請的第一目的，本申請第一方面的技術方案提供了一種釕氮摻雜碳包覆的銅鈷合金納米催化劑的制備方法，包括：將硝酸銅、硝酸鈷和六氰鈷酸鉀混合，得到普魯士藍類似物前驅體；通過研缽對普魯士藍類似物前驅體進行研磨，并將研磨后普魯士藍類似物前驅體分散到溶劑中進行攪拌，得到普魯士藍類似物分散溶液；將氯化釕溶液加入到普魯士藍類似物分散溶液中，得到釕摻雜普魯士藍類似物；將普魯士藍類似物前驅體、釕摻雜普魯士藍類似物進行研磨，并進行煅燒，得到氮摻雜碳包覆的銅鈷合金催化劑和釕氮摻雜碳包覆的銅鈷合金納米催化劑。

根據本申請提供的釕氮摻雜碳包覆的銅鈷合金納米催化劑的制備方法，首先將一定比例的硝酸銅、硝酸鈷和六氰鈷酸鉀混合，得到普魯士藍類似物前驅體。然后取一定量的普魯士藍類似物前驅體粉末，利用研缽研磨后，均勻分散到溶劑中進行攪拌，得到普魯士藍類似物分散溶液。將一定量的氯化釕溶液加入到普魯士藍類似物分散溶液中，得到釕摻雜普魯士藍類似物。最后將普魯士藍類似物前驅體、釕摻雜普魯士藍類似物研磨后，分別置于石英瓷舟中，在氮氣氛的高溫管式爐中進行煅燒，得到不同比例的氮摻雜碳包覆的銅鈷合金催化劑和釕氮摻雜碳包覆的銅鈷合金納米催化劑。在氮摻雜碳包覆的銅鈷合金中摻雜少量的釕，可有效提高催化劑在堿水電解制氫陽極反應性能，降低陽極反應過電勢。可以理解，通過在非貴金屬基催化劑中摻雜少量的貴金屬釕達到高效的電解水陽極析氧效率，取代了貴金屬基催化劑，降低電解水催化劑生產成本。同時提高催化活性，降低電解能耗。