用于電解水析氧反應(yīng)的非貴金屬基催化劑及其制備方法

本發(fā)明屬于氫能生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種用于電解水析氧反應(yīng)的非貴金屬基催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、氫能發(fā)電是存儲(chǔ)可再生能源以實(shí)現(xiàn)100％可持續(xù)氫經(jīng)濟(jì)的有效解決方案。氫基能源系統(tǒng)，即能源到氫到能源，包括四個(gè)主要階段：生產(chǎn)、儲(chǔ)存、輸送和使用。

2、目前，氫氣的商業(yè)生產(chǎn)方法為蒸汽重整技術(shù)，即煤和其他重?zé)N的氣化，天然氣或其他輕烴例如甲烷的蒸汽重整以制取氫氣。該制取氫氣方法既排放溫室氣體，又消耗大量能源，對(duì)環(huán)境也會(huì)帶來不小的負(fù)面影響。預(yù)計(jì)未來隨著產(chǎn)業(yè)投入的加大，技術(shù)走向成熟、產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，高性價(jià)比的制氫方法有望成為氫能源的重要補(bǔ)充，已經(jīng)證明，通過水電解產(chǎn)生氫是實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型能源的有前途的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)，使用廉價(jià)，非貴金屬和環(huán)保材料進(jìn)行電催化水分解生產(chǎn)分子氫是一種十分有前景且可持續(xù)的方法，可以最大程度地減少對(duì)化石燃料的依賴和社會(huì)的碳足跡，在新的可再生能源領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。目前，傳統(tǒng)的oer催化劑主要為ru、ir基等貴金屬，價(jià)格昂貴且地球儲(chǔ)量有限，導(dǎo)致無法進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)化利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述的問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于電解水析氧反應(yīng)的非貴金屬基催化劑及其制備方法，旨在降低電催化氫反應(yīng)的催化成本及提升催化性能。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開的一種用于電解水析氧反應(yīng)的非貴金屬基催化劑的制備方法，包括以下步驟：

3、s1，配制過渡金屬鹽溶液，其中，所述過渡金屬包括ni；

4、s2，將清洗過的碳布通以電流脈沖瞬間燒至紅熱發(fā)亮后關(guān)閉電源；

5、s3，將步驟s2得到的碳布浸于過渡金屬鹽溶液中，置于溶液的液面和空氣交界處，同時(shí)保持與溶液和空氣的接觸，在一定電流和時(shí)間下進(jìn)行高溫沖擊處理，用去離子水清洗后于電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干，制得非貴金屬基催化劑。

6、優(yōu)選地，所述過渡金屬鹽溶液為氯化鎳溶液，所述氯化鎳溶液的濃度為0.2～1m。

7、優(yōu)選地，所述過渡金屬還包括fe、co、mn中的任一種；步驟s1包括：分別配制氯化鎳溶液、硝酸鐵溶液、氯化鈷溶液、乙酸錳溶液，根據(jù)最終非貴金屬基催化劑中所含的過渡金屬，將氯化鎳溶液與硝酸鐵溶液、氯化鈷溶液、乙酸錳溶液中的任一溶液按照體積比混合，得到過渡金屬鹽溶液。

8、優(yōu)選地，所述過渡金屬還包括fe、co和mn；步驟s1包括：分別配制氯化鎳溶液、硝酸鐵溶液、氯化鈷溶液、乙酸錳溶液，將氯化鎳溶液與硝酸鐵溶液、氯化鈷溶液和乙酸錳溶液按照體積比混合，得到過渡金屬鹽溶液。

9、優(yōu)選地，所述過渡金屬還包括fe、co、mn中的任一種；

10、步驟s1包括：分別配制氯化鎳溶液、硝酸鐵溶液、氯化鈷溶液、乙酸錳溶液；

11、步驟s3包括：將步驟s2得到的碳布先浸于氯化鎳溶液中，置于溶液的液面和空氣交界處，同時(shí)保持與溶液和空氣的接觸，在一定電流和時(shí)間下進(jìn)行高溫沖擊處理；再將碳布浸于硝酸鐵溶液、氯化鈷溶液或乙酸錳溶液中，置于溶液的液面和空氣交界處，同時(shí)保持與溶液和空氣的接觸，在一定電流和時(shí)間下進(jìn)行高溫沖擊處理；將碳布用去離子水清洗后于電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干，制得非貴金屬基催化劑。

12、優(yōu)選地，硝酸鐵溶液、氯化鈷溶液、乙酸錳溶液的濃度均為0.2m。

13、優(yōu)選地，高溫沖擊處理時(shí)使用的電流為2.5～4.5a。

14、優(yōu)選地，高溫沖擊處理時(shí)間為30s～1min。

15、優(yōu)選地，所述碳布通過丙酮、乙醇、去離子水依次清洗。

16、本發(fā)明還公開的一種用于電解水析氧反應(yīng)的非貴金屬基催化劑，是由上述任一項(xiàng)所述的方法制備所得。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)：

18、(1)本發(fā)明分別對(duì)合成催化劑的結(jié)構(gòu)形貌和電催化析氧活性進(jìn)行了表征及分析，在4.5a高溫沖擊處理1min條件下得到的氧化鎳催化劑具有最佳催化性能，在10ma/cm2電流密度下的過電勢(shì)為268mv。

19、(2)與現(xiàn)有的的oer催化劑相比，本發(fā)明提出的催化劑使用ni、fe、co、mn過渡金屬，成本降低，同時(shí)采用的高溫沖擊法也更利于商業(yè)化利用。

技術(shù)特征：

1.一種用于電解水析氧反應(yīng)的非貴金屬基催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電解水析氧反應(yīng)的非貴金屬基催化劑的制備方法，其特征在于，所述過渡金屬鹽溶液為氯化鎳溶液，所述氯化鎳溶液的濃度為0.2～1m。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電解水析氧反應(yīng)的非貴金屬基催化劑的制備方法，其特征在于，所述過渡金屬還包括fe、co、mn中的任一種；步驟s1包括：分別配制氯化鎳溶液、硝酸鐵溶液、氯化鈷溶液、乙酸錳溶液，根據(jù)最終非貴金屬基催化劑中所含的過渡金屬，將氯化鎳溶液與硝酸鐵溶液、氯化鈷溶液、乙酸錳溶液中的任一溶液按照體積比混合，得到過渡金屬鹽溶液。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電解水析氧反應(yīng)的非貴金屬基催化劑的制備方法，其特征在于，所述過渡金屬還包括fe、co和mn；步驟s1包括：分別配制氯化鎳溶液、硝酸鐵溶液、氯化鈷溶液、乙酸錳溶液，將氯化鎳溶液與硝酸鐵溶液、氯化鈷溶液和乙酸錳溶液按照體積比混合，得到過渡金屬鹽溶液。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電解水析氧反應(yīng)的非貴金屬基催化劑的制備方法，其特征在于，所述過渡金屬還包括fe、co、mn中的任一種；

6.根據(jù)權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的一種用于電解水析氧反應(yīng)的非貴金屬基催化劑的制備方法，其特征在于，硝酸鐵溶液、氯化鈷溶液、乙酸錳溶液的濃度均為0.2m。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一種用于電解水析氧反應(yīng)的非貴金屬基催化劑的制備方法，其特征在于，高溫沖擊處理時(shí)使用的電流為2.5～4.5a。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一種用于電解水析氧反應(yīng)的非貴金屬基催化劑的制備方法，其特征在于，高溫沖擊處理時(shí)間為30s～1min。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一種用于電解水析氧反應(yīng)的非貴金屬基催化劑的制備方法，其特征在于，所述碳布通過丙酮、乙醇、去離子水依次清洗。

10.一種用于電解水析氧反應(yīng)的非貴金屬基催化劑，其特征在于，所述催化劑由權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的方法制備所得。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種用于電解水析氧反應(yīng)的非貴金屬基催化劑及其制備方法。包括以下步驟：S1，配制過渡金屬鹽溶液，其中，所述過渡金屬包括Ni；S2，將清洗過的碳布通以電流脈沖瞬間燒至紅熱發(fā)亮后關(guān)閉電源；S3，將步驟S2得到的碳布浸于過渡金屬鹽溶液中，置于溶液的液面和空氣交界處，同時(shí)保持與溶液和空氣的接觸，在一定電流和時(shí)間下進(jìn)行高溫沖擊處理，用去離子水清洗后于電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干，制得非貴金屬基催化劑。與現(xiàn)有的的OER催化劑相比，本發(fā)明提出的催化劑使用Ni、Fe、Co、Mn過渡金屬，成本降低，同時(shí)采用的高溫沖擊法也更利于商業(yè)化利用。

技術(shù)研發(fā)人員：劉絲靚,趙雨菲,劉芳洋,蔣良興,張宗良,何均淋,聶穎萱,周祎軒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/17