[发明专利]一种用于电催化水分解析氧反应的超小纳米合金催化剂的制备方法

说明书

本发明属于电化学的能源转化技术领域，涉及一种用于电催化水分解析氧反应的超小纳米合金催化剂的制备方法。具体步骤：将金属M、锡的盐和柠檬酸钠完全溶于去离子水中，其中，金属M、锡的盐的摩尔比由合金的原子比确定，柠檬酸钠的摩尔量为金属M和锡的盐的摩尔量之和的1.4倍；然后加入碳纳米管或石墨烯，超声分散均匀，其中，碳纳米管或石墨烯的加入量由合金的担载量确定；接着在冰浴中加入硼氢化钠进行还原反应，其中，硼氢化钠的摩尔量为金属M和锡的盐的摩尔量之和的8倍；搅拌，过滤干燥即得到产品超小纳米合金催化剂。本发明的制备方法制备工艺简单易行，合成成本低，环境友好，而且所制备的合金催化剂显示了对于析氧反应优异的活性。

技术领域

本发明属于电化学的能源转化技术领域，涉及一种用于电催化水分解析氧反应的超小纳米合金催化剂的制备方法，尤其涉及一种用于水分解、可再生燃料电池、可充电金属-空气电池及相关电能转化领域中所使用的一种新型的超小纳米合金催化剂。

背景技术

随着现代社会的急速发展，全球气候变暖和化石燃料濒临枯竭的问题引发了人们对可再生清洁能源的关注。，此外，现在低碳经济和可持续概念正在全世界广泛传播。随着人类对可持续的、清洁的能源需求越来越大，电化学能量存储与转化技术(如水分解、可再生燃料电池、可充电金属-空气电池)已经被认为是最可行和最有效的技术之一去应对便携性、稳定性和运输需求。这促进了水分解、燃料电池、金属-空气电池等的极大发展。

氢气作为一种非常重要的可再生的清洁能源，在目前已知的燃料中具有最大的质量能量密度，且生成产物只有水，不会造成环境污染和温室效应。此外，生成物水可以通过电催化和光催化的形式再次转化为氢气，循环利用，且不会产生污染物和温室气体。目前工业上的制氢过程主要是天然气或甲烷的蒸汽重整。虽然这种制氢技术成本低，但是天然气是一种不可再生资源且释放的二氧化碳会造成温室效应。可再生氢燃料电池技术在可再生能源(如太阳能、风能、潮汐能、地热能等)和可持续能源的存储与利用之间建立了一个根本的联系。水和氢气之间的相互转化是一种环境友好、零碳排放的制氢过程，但是目前水分解的能源效率和成本还有待于改善。

燃料电池一种电化学能量转换装置。它能够把燃料中的化学能直接转换为电能和热能，而不需要燃烧过程。它的能量密度相比传统的电池和电容器高出几个数量级，和内燃机的功率和能量密度相当。此外，它运用能量的效率超过80％。这与限制能量效率的卡诺循环形成了鲜明的对比。燃料电池被认为是最有前途的、环境友好的、利于运输和稳定应用的能源之一。

全世界对电动车的需求逐渐增加而要求更小、更轻的充电电池来满足全球的能源和环境挑战。可充电锂离子电池由于它们的高循环容量和能量效率通常被认为是最有前途的电动车应用替代品。但是锂离子电池的不足的存储容量(100–200W h kg^-1)限制了它们在电动车中的应用。最近，可充电金属-空气电池(如锌-空气电池、锂-空气电池)由于它们的极其高的能量密度(分别是470和1700W h kg^-1)、低价和环境友好的特点，已经引起了全世界的广泛关注，被认为是一种可能的可充电锂离子电池替代品。金属空气电池在放电的过程中使用的是空气中大量存在的氧气作为阴极，替代了可充电锂离子电池中的昂贵的化学组分，因而金属-空气电池具有紧凑、重量轻、廉价等特点。