1.一種水分解反應用催化電極,該催化電極是CoaZnbC3NO微粒生長于金屬基底上,其中a和b分別表示Co原子和Zn原子的含量,a的范圍是0.5~1,b的范圍是0.01~0.1;CoaZnbC3NO微粒的尺寸為1~50μm;該催化電極應用于水分解反應制備氫氣和氧氣的過程,其產氫的過電位為-68mV vs RHE,產氧的過電位為320mV vs RHE。
2.一種制備權利要求1所述的水分解反應用催化電極的方法是,具體步驟如下:
A.先在金屬基底上生長含鈷類水滑石納米膜,該納米膜是含鈷類水滑石納米片垂直生長在基底上形成膜,其中單個納米片的厚度為20~80納米、寬度為200~500納米;納米膜的厚度為400納米~1微米。
B.將可溶性鈷鹽溶于甲醇中配成0.01-0.1mol/L的鈷鹽溶液;將2-甲基咪唑溶于甲醇中配成0.1-1mol/L濃度的甲醇溶液;再將這兩種溶液混合劇烈攪拌1~20min制備混合溶液;其中鈷鹽與2-甲基咪唑的摩爾比為1~10:1,鈷鹽的摩爾濃度為1~10mmol/L;
C.將步驟A所述的含鈷類水滑石納米膜垂直放入步驟B的混合溶液中,靜置10~20小時后取出,用去離子水清洗3-6次,在60~80℃下干燥0.5~3小時,得到復合納米膜;復合納米膜是金屬有機骨架化合物C24H30Co3N12O2的納米顆粒嵌于類水滑石納米片網狀結構之間或納米膜之上,其中C24H30Co3N12O2顆粒大小為100~300nm;
D.將步驟C得到的復合納米膜在惰性氣氛下以2~10℃每分鐘的升溫速率升至500℃~600℃,碳化0.5~6小時,得到碳化復合納米膜;所述的惰性氣氛是氮氣或氬氣氣氛:
E.將步驟D得到的碳化復合納米膜置于0.05~0.5mol/L的酸溶液中,浸泡1~10分鐘,用去離子水清洗3~6次,取出晾干,經酸處理后得到催化電極;所述酸溶液是鹽酸、硫酸中的一種。
3.根據權利要求2所述的水分解反應用催化電極的制備方法,其特征是步驟A所述的含鈷類水滑石的化學式是:MxCoy(OH)z(A)·nH2O或CouFev(OH)w(A)·nH2O,其中M代表鋅、鎳、鐵、錳離子,x:y表示M與鈷離子的摩爾比為1~4:1,u:v表示鈷離子與鐵離子的摩爾比為1~4:1,n表示結晶水數目,n=5~15,A代表陰離子,是硫酸根、碳酸根或硝酸根中的一種或兩種;所述金屬基底是泡沫鎳、鎳片、鎳鉻合金片,其厚度為0.03mm~0.15mm,面積為1~100cm2。
4.根據權利要求2所述的水分解反應用催化電極的制備方法,其特征是步驟B所述的可溶性鈷鹽為Co(NO3)2·6H2O或CoSO4·7H2O。