[发明专利]一种Al-Co-Mo纳米晶复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种Al‑Co‑Mo纳米晶复合材料及其制备方法和应用，属于纳米领域，本发明的Al‑Co‑Mo纳米晶复合材料为异质结构，且具有较好的析氧性能，能够高效催化燃料电池中的析氧反应（OER）。同时我们设计简单的固液相溶剂热法可控合成路线，因而具有工艺简单，工艺控制性强的特点，符合工业化生产的标准，适合于批量生产，对于可再生能源技术发展具有重要的指导意义。

技术领域

本发明公开了一种Al-Co-Mo纳米晶复合材料及其制备方法和应用，属于纳米领域。

背景技术

随着化石燃料的供应减少，人们越来越关注与其有关的气候变化，污染和能源安全问题。因此，寻求清洁和可再生能源已成为社会可持续发展面临的最大挑战之一。这一发展的核心是需要先进的能量转换系统，如水电解，燃料电池等。而在设计燃料电池的过程中，提高析氧反应（OER）的反应效率成为商业化应用的关键。耐用的析氧反应电催化剂材料,其中以RuO₂ 和IrO₂为代表。但RuO₂和IrO₂昂贵，而且在酸性介质中，RuO₂和IrO₂会氧化和溶解，目前已成为了限制氢能规模化应用和燃料电池进一步发展的瓶颈。而且，H₂ -O₂燃料电池中依然存在着 OER 过电位过高的问题。设计高效、耐用的析氧反应电催化剂材料的关键原则在于：

1. 存在大量的活性位点

2. 优异的导电性

3. 稳定的催化活性结构

文献研究表明，TMO，TMH 及其衍生物（如硫族化合物和氮化物）在内的过渡金属材料，无金属电催化剂以及金属基复合材料等是OER电催化剂研究的热门课题。这些材料价格相对便宜，并且相对容易调整其结构，形貌和物理化学性质。例如：Chen等人通过将钴氮化合物（Co_5.47N）纳米颗粒封装在三维（3D）N 掺杂的多孔碳多面体（Co_5.47 N NP @ N-PC）内来构建复合材料，并与市售的IrO₂@ C相比，当实现10mA cm ^-2的电流密度时其过电压低至248mV。研究表明，由于该复合材料固有的高电导率以加速电子传递，更大的表面积和丰富的缺陷以暴露更多的活性位点以及独特的3D配置，所以该催化剂对 OER 表现出出色的催化性能。例如：Xu等人合成的Al-Ni₅P₄−Ni₂P材料，这种材料具有优异的Tafel斜率27 mV dec^{-1，并当阳极电流密度分别为10,100和300 mA cm -2时，过电势分别仅为180,247和312 mV。研究表明：含Al相的碱浸出使得电催化剂具有高表面积和孔隙率，即Al诱导高活性纳米结构的原位形成，从而使得AlNiP具有优异的电催化性能。}

因此，研发高效的多元纳米晶催化剂是目前研究的热点，在可再生能源技术的发展过程中，寻求高效廉价特殊结构的合金纳米晶，特别是可用于OER的电催化剂具有重要意义和巨大挑战。

发明内容

本发明旨在开发一种新型、高效的析氧反应催化剂。

为了实现这一目的，我们公开了如下技术方案：

一种Al-Co-Mo复合材料，所述Al-Co-Mo复合材料为异质结构，且具有较好的析氧性能。

优选的，所述Al-Co-Mo复合材料主要元素包括Al、Co、Mo和S，Al、Co、Mo和S的摩尔比为1：3：1：（3-12）。

一种Al-Co-Mo复合材料的制备方法，包括如下步骤：