[发明专利]一种制备电解水用非贵金属双功能催化剂的方法

说明书

本发明提供一种制备电解水用非贵金属催化剂的方法，包括：（a）将层状双金属氢氧化物放入反应溶液中，在保护气体的保护环境下搅拌；（b）离心分离后获得单层层状双金属氢氧化物；（c）将所述单层双金属氢氧化物和碳载体按比例混合，经过搅拌后，处理获得碳载层状双金属氢氧化物催化剂。本方法制备的催化剂可降低金属的含量，对析氢反应和析氧反应同时具有良好催化效果。与现有技术相比，通过一定条件下的层状双金属氢氧化物和碳载体的自组装，实现制备具有较好催化活性的碳载层状双金属氢氧化物催化剂的目的。

技术领域

本发明涉及电解水用催化剂材料制备工艺技术领域，特别是一种制备电解水用非贵金属催化剂的方法。

背景技术

电解水是水(H₂O)被直流电电解生成氢气和氧气的过程，电流通过水(H₂O)时，在阴极通过还原水形成氢气(H₂)，在阳极通过氧化水形成氧气(O₂)。电解水产生的氧气可用于制氧设备，氢气生成量大约是氧气的两倍，可通过电解水实现工业化制氢，应用于燃料电池等新能源领域。碱性电解水制氢是目前工业化电解制氢的主要方法，但该技术存在的最大问题是，造成电能消耗大，从而使生产成本提高。工作电流较低的主要原因是由于在水电解过程中，阳极析氧反应需要从水分子中脱去四个质子形成O-O键，其动力学过程缓慢，因此成为限制整个电解水反应速率的步骤。

催化剂能够使电解水的活化能大大降低，从而降低电解水的过电势。催化剂的优劣决定了电解水所需要的总电压以及电能转换为氢能的转化效率。目前，电解水阳极析氧催化剂材料主要采用贵金属Ir和Ru，阴极析氢催化剂材料主要采用贵金属Pt。由于贵金属分布稀少，价格昂贵，使得电解水的成本仍然无法降低，因此迫切需要开发高效的电解水非贵金属催化剂材料来推动电解水析氧的动力学过程，降低电能的消耗，从而实现廉价高效制氢。目前过渡金属磷化物、硫化物、硒化物以及碳化物等均被成功合成并被应用为有效的阴极析氢催化剂，金属磷化物、硫化物、氧化物/氢氧化物等作为氧析出催化剂，但是关于同时对析氢反应和析氧反应具有良好催化效果的双功能催化剂的报道较少。探索和制备具有高催化活性的非贵金属双功能催化剂成为该领域的研究热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备电解水用非贵金属催化剂的方法。技术方案如下：

一种制备电解水用非贵金属催化剂的方法，包括：

（a）将层状双金属氢氧化物放入反应溶液中，在保护气体的保护环境下搅拌；

（b）离心分离后获得单层层状双金属氢氧化物；

（c）将所述单层双金属氢氧化物和碳载体按比例混合，经过搅拌后，处理获得碳载层状双金属氢氧化物催化剂。

优选地，所述步骤（a）中层状双金属氢氧化物为层状Ni-Al氢氧化物、层状Mn-Co氢氧化物、层状Ni-Co氢氧化物或Fe-Co氢氧化物。

优选地，所述步骤（c）中碳载体为石墨烯、掺杂石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管或炭黑。

优选地，所述步骤（a）中所述反应溶液为甲酰胺溶液。

优选地，所述的步骤（a）中所述保护气体为氮气。

所述步骤（c）中单层双金属氢氧化物和碳载体混合比例为1：1～10：1。

所述步骤（a）中所述搅拌时间为10～48小时。

所述步骤（b）中所述离心速率为600-2400转/分，离心分离的时间为0.5～1小时。

所述步骤（c）中所述搅拌时间为0.5～5小时。

所述步骤（c）中的处理包括离心、过滤和烘干。

有益效果