[发明专利]通过单步电沉积生产电催化剂的方法以及由此所生产的电催化剂

说明书

本发明公开了通过单步电沉积生产电催化剂的方法以及由此所生产的电催化剂。具体地，所述方法可以包括在基底上形成金属层，处理所述金属层的基底并通过向包含镍前体、铜前体、磷前体和添加剂的沉积水溶液施加电势从而在所述金属层上形成催化剂层，其中所述镍前体与所述铜前体的摩尔比可以大于约49:1。因此，本发明的优势在于可以简化生产所述电催化剂的过程。

相关申请的引用

本发明申请在35 U.S.C.§119条款下主张2018年8月16日于韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0095514的优先权，该专利申请的公开内容以其全部内容作为参考并入本文。

技术领域

本发明涉及通过电沉积生产电催化剂的方法。

背景技术

由于当前氢能作为能够替代化石燃料的环境友好能源而受到关注，并且由于仅可以通过电解水来产生氢能，因此对于通过电解水产生氢能的电催化剂(electrocatalyst)的研究兴趣已提高。

通常，电催化剂由析氢反应(hydrogen evolution reaction，HER)电极和析氧反应(oxygen evolution reaction，OER)电极组成。作为用于每种电极的材料，铂(Pt)是最广泛已知的。然而，由于铂是贵金属并且储量有限，因此已积极开展了使用储量丰富的金属如铁(Fe)、镍(Ni)、铜(Cu)和钴(Co)作为替代铂的元素的研究，具体地，使用异种金属作为电催化剂用材料的研究。

例如，在相关领域中，已使用了掺杂铜的磷化钴(cobalt phosphide)。然而，生产方法较复杂，其使用金属有机框架(MOF)作为前体，在800℃进行碳化过程并且在300℃进行加热后处理过程，并且已报道仅在强碱(pH 13.5)电解质中是活性的。

另外，在相关领域中，其中镍(Ni)泡沫已掺杂有钴的材料可以包括复杂的过程，如使用球光刻法在镍泡沫表面上形成层状纳米结构(三层形态)。此外，材料是无定形的并且已报道仅在强碱(pH 13.5)电解质中是活性的。

此外，在相关领域中，已通过将镍和铜电淀积在不锈钢箔片上，然后对其应用磷化物处理(所谓的两步法)制备了材料。然而，磷的添加需要300℃的工艺，因此就成本而言并不高效。

尽管在相关领域中已引入使用了可以电沉积的镍前体、铜前体和磷前体，但是电解和除去液态水或蒸汽水分子(水汽)可能受到限制，这是因为该发明显示出超疏水性并且用于表面防水处理。此外，由于使用了出于多种目的的添加剂，如使用SDS和Na₂SO₄作为离子增强剂以及使用氨水作为pH调节剂，因此方法可能并不简单。

发明内容

在优选的方面，本发明可以提供生产电催化剂的简化方法并且减少了电沉积中使用的添加剂。另外，本发明可以提供生产电催化剂以除去水汽的方法。

在一个方面，提供了生产电催化剂的方法。方法可以包括在基底上形成金属层，处理金属层的表面并通过向包含镍前体、铜前体、磷前体和添加剂的沉积水溶液施加电势从而在金属层上形成催化剂层。具体地，镍前体与铜前体的摩尔比可以大于约49:1至499:1，或者更优选地在约99:1至约499:1之间。

“沉积水溶液(aqueous deposition solution)”是指包含用于分散其他材料或组分的水或基于水的溶剂的混合物或溶液。

金属层可以适合地包括镍层或铜层。

处理金属层的表面。优选地，处理可以提供亲水表面，例如，亲水表面处理可以适合地包括UV-臭氧清洁处理。

可以通过循环伏安法施加电势。

优选地，电势范围可以为约-1.2至0.2V，包括约-1.0V至0.2V，-0.8V至0.2V或者-0.6V至0.2V。