[发明专利]一种碳布表面原位生长W18

说明书

一种碳布表面原位生长W₁₈O₄₉自支撑电极材料的制备方法，将分析纯钨源加入混合醇中得溶液A，向溶液A中加入分析纯乙二胺和柠檬酸得溶液B；将溶液B倒入聚四氟乙烯内衬高压反应釜中并将碳布放入聚四氟乙烯反应釜中；将密封好的反应釜放入均相水热反应仪中进行水热反应；将最终反应物用无水乙醇离心洗涤，对离心洗涤后的物质进行干燥得到碳布表面原位生长W₁₈O₄₉自支撑电极材料。由于碳布具有高丰度和较低价格，其具有较大的比表面积，较高的电子传导性和理想的3D开孔结构。本发明提出以碳布作为支撑材料，采用溶剂热法，将W₁₈O₄₉原位生长在支撑体上，制备出具有较好电催化性能的W₁₈O₄₉/碳布纳米材料。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种碳布表面原位生长W₁₈O₄₉自支撑电极材料的制备方法。

背景技术

能源是人类赖以生存的重要基础，是推动国民经济与社会发展的动力。随着全球经济的迅猛发展和人口数量的急剧增加，不可再生化石燃料(石油、煤炭、天然气等) 遭到过度消耗，几近枯竭。而且其燃烧过程中会产生二氧化碳、二氧化硫及氮氧化物等气体。这些气体可以引起温室效应、酸雨等不良后果，对环境和气候的影响日趋严重。因此，人们迫切希望寻找新的途径来解决当前面临的能源以及环境问题。水的电化学电解已被公认为用于可持续和清洁能源的最有前途的可再生能量转换技术之一。水的电解过程包括两个半反应：产氧反应(OER)和产氢反应(HER)。这两个过程对于水分解的总体效率至关重要。尽管HER过程仅涉及两电子相对简单，但多步反应也会导致能量势垒的增加，导致反应动力变慢。目前，贵金属Pt基材料被认为是最有效的HER电催化剂，Ir/Ru及其氧化物被认为在酸性和碱性电解液中均表现出优异的的OER电催化剂。然而，由于这些贵金属材料在地壳中含量较少，而且成本较高，其商业化大规模应用受到了限制。为了克服这些缺点，近年来科研工作者致力于开发新型，具有低成本和高效益的可持续非贵金属电催化材料。然而，在电解槽中运用两种不同的催化剂分别作为产氢和产氧工作电极通常需要解决pH范围和辅助设备的不匹配等问题，这在很大程度上降低了电解池的整体性能。此外，许多研究表明，用于HER的非贵金属基电催化材料在酸性电解质下比在碱性电解质下具有更好的催化活性和稳定性，并不利于工业化的大规模生产。因此，开发在碱性电解液下具有高 HER和OER活性的双功能电催化剂以实现水分解具有重要意义。为了进一步提高电催化剂的整体催化效率，对材料反映界面和结构进行合理的设计必不可少。

地壳丰富的的氧化钨(WO_3-x)，特别是具有大量表面氧空位的单斜晶系W₁₈O₄₉在电化学等应用中受到广泛关注。此前，赵等人通过在W₁₈O₄₉纳米材料中掺杂Pd 元素，发现这种具有丰富空位的W₁₈O₄₉材料能够显着提高对H*的吸附能力和析氢动力学。金属氧化物中的氧缺陷作为活性位点可以改善电导率并有利于水分子或中间反应物质的吸附和解吸(例如，HER中的*H；OER中得*OH和*OOH)，由此进一步说明W₁₈O₄₉具有作为双功能电催化剂的前景材料。另外，为了避免在制备工作电极期间粘合剂对催化剂的导电性和活性面积的影响，在导电基底上直接合成W₁₈O₄₉纳米结构催化剂可以有效地提高电催化性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方法操作简单、合成温度低、反应时间短的碳布表面原位生长W₁₈O₄₉自支撑电极材料的制备方法，所制备的W₁₈O₄₉自支撑电极材料具有高效双功能自支撑。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：