[发明专利]一种等离子体沉积法制备过渡金属碳氮化物材料陶瓷膜层高效OER催化剂的方法

说明书

本发明公开了一种水相等离子体气相沉积法制备过渡金属碳氮化物材料陶瓷膜层高效OER催化剂的方法，属于催化剂制备领域，技术方案为：TC4钛基体前处理：镜面处理；将步骤一中得到的光亮的TC4基体置于电解液中，辉光放电，在TC4表面得到碳氮改性陶瓷膜层高效OER催化剂。本发明电解液体系简单，经济实用，且制备工艺简单。制得的OER催化剂可在1M KOH溶液中过电位降至200mV，法拉第效率高达90％，电子传输效率明显提升。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种水相等离子体气相沉积法制备过渡金属碳氮化物材料陶瓷膜层高效OER催化剂的方法。

背景技术

随着时代的进步，能源危机问题日益凸显，使得全球经济的可持续发展蒙上了严重的危机阴影。发展可再生能源现现已成为各方共识。其中氢能具有清洁，可再生且储备丰富的特点，成为新能源中的耀眼明珠。传统制备氢气的方法为裂解石油法，该方法尽管现具有技术简单成本低廉的特点并已得到广泛应用，但却无力于改变全球能源紧缺的现实，无异于饮鸩止渴。因此发展高效的制备氢能的方法成为未来氢能能否替代传统能源的关键。

电解水制备氢气法是长期以来制备高纯度实验室用氢气的主要来源，其原理为通过外加电源的方式使得水在阴极表面还原为氢气。这种方法具有操作简洁，原料水来源广泛，且产物氢气纯度高等优点，在氢气制备领域占有一定量的市场。但由于在电解回路中阳极表面水氧化为氧气的过程中涉及四电子的转移，电化学极化明显，过电位通常高达1V以上，法拉第效率较低，电能损耗严重。由于传统OER电催化剂普遍存在点位高，稳定性差，成本高等问题，因此发展高效的OER催化剂成为克服以上缺点解决能源问题的重中之重。

发明内容

本发明的目的是要解决传统OER电催化剂过电位高，稳定性差，成本高的缺点，而提供一种水相等离子体气相沉积法制备过渡金属碳氮化物材料陶瓷膜层高效OER催化剂的方法。

一种水相等离子体气相沉积法制备过渡金属碳氮化物材料陶瓷膜层高效OER催化剂的方法，是按以下步骤完成的：

一.TC4钛基体前处理：对TC4钛基体的表面进行镜面处理；

二.将步骤一中得到的光亮的TC4基体置于不锈钢电解槽中的电解液中，作为阴极，不锈钢电解槽与电源正极相连，作为阳极；所述电解液由三乙醇胺，甲酰胺，尿素，氯化铵以及水组成；

三.采用微弧氧化电源进行供电，辉光放电，在TC4表面得到碳氮改性陶瓷膜层高效OER催化剂。

优选的，步骤二所述电解液，由各组分按以下质量或体积份数比组成：三乙醇胺500mL-1000mL，甲酰胺400mL-800mL，尿素60g-120g，氯化铵53g-106g，水100mL-200ml

优选的，步骤一具体为：先将TC4钛基体的表面打磨为镜面，冲洗后吹干。

优选的，步骤一具体为：利用砂纸对TC4钛基体的表面进行打磨至TC4基体表面为镜面；用去离子水冲洗TC4基体表面3到5次，在使用无水乙醇冲洗TC4钛基体表面3 到5次，最后室用吹风机吹干，得到光亮的TC4钛基体表面

优选的，步骤一所述砂纸为500#砂纸，1500#砂纸和2500#砂纸，使用顺序为依次使用。

优选的，步骤三所述电源电压为100-120V。

优选的，步骤三所述电源频率为100Hz。

优选的，步骤三所述辉光放电，条件为占空比为30％-40％，放电时间为10min-15min。

有益效果

碳氮改性铁镍复合材料陶瓷膜层高效OER催化剂用于减小电解水过程中阳极表面由于电化学极化带来的高过电位现象，有利于降低电能损耗，提高法拉第效率。

本发明的优点：