[发明专利]一种多孔碳材料负载FeCo2

说明书

本发明涉及电催化析氧技术领域，且公开了一种多孔碳材料负载FeCo₂S₄的电化学析氧催化剂，包括以下配方原料：(CH₃COO)₂Co、(CH₃COO)₂Fe、有机配体、硫脲。该一种多孔碳材料负载FeCo₂S₄的电化学析氧催化剂，CoFe双金属MOFs为模板，与硫脲反应作为前驱体，热裂解形成多孔碳包覆纳米FeCo₂S₄的壳核结构，FeCo₂S₄在碱性电解质中具有较低的过电势和较高的半波电位，表现出良好的析氧活性，壳核结构的比表面积巨大，活性位点多，N掺杂使碳材料表现出良好的导电性，降低了催化剂材料的电子转移电阻，O掺杂增加了碳材料中的层间距，使碳材料形成丰富的介孔和孔隙结构，产生出大量的催化活性中心，同时促进电子在催化剂层中的快速和连续的传输。

技术领域

本发明涉及电催化析氧技术领域，具体为一种多孔碳材料负载FeCo₂S₄的电化学析氧催化剂及其制法。

背景技术

目前人类的生活和生产活动离不开化石能源的利用，但是随着不可再生的化石能源的过度使用，带来的能源枯竭问题和环境污染问题日益严峻，寻求新型的可持续清洁能源成为一项研究热点，氢能是一种资源丰富的二次能源，具有燃烧性能优异、能量高、绿色无污染和可持续发展等优点，在氢动力汽车、氢能发电、燃料电池等领域具有丰富的应用，目前对于氢能的制取主要有煤原料制氢、天然气制氢、分解水制氢等方法。

分解水制氢方法主要有光催化产氢和电催化产氢，电解水制氢是一种绿色高效的产氢方法，通过阴极析氢和阳极析氧两个半反应，实现电催化产氢，但是由于阳极析氧反应的过电势很高，需要加入析氧电催化剂来降低过反应的电势，来提高催化产氢的效率，析氧反应主要有铂、钌等贵金属催化剂、过渡金属化合物催化剂、硫化物、磷化物等，其中过渡金属硫化物，如MoS₂、 Ni₂S₃、Co₉S₈等，具有良好的析氧性能，是一种极具潜力的析氧反应催化剂，但是目前的过渡金属硫化物析氧催化剂的导电性较差，阻碍了电荷和金属离子的传输和扩散，抑制了析氧反应的可逆性，并且过渡金属硫化物的化学稳定性较差，在电解液中容易与电解质发生副反应，导致催化剂基体损耗甚至分解，大大降低了催化剂的析氧效率和使用寿命。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种多孔碳材料负载FeCo₂S₄的电化学析氧催化剂及其制法，解决了是过渡金属硫化物析氧催化剂导电性较差，析氧效率不高的问题，同时解决了过渡金属硫化物催化剂的化学稳定性较差，在电解液中容易损耗甚至分解的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多孔碳材料负载 FeCo₂S₄的电化学析氧催化剂，包括以下按重量份数计的配方原料：22-27份 (CH₃COO)₂Co、10-13份(CH₃COO)₂Fe、37-49份有机配体、19-23份硫脲。

优选的，所述有机配体为萘二甲酰亚胺间二苯甲酸衍生物，制备方法包括以下步骤：

(1)向反应瓶中通入N₂排出空气，加入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂、 1,4,5,8-萘四甲酸酐、5-氨基间苯二甲酸，搅拌均匀后加入活化剂三乙胺(TEA)、脱水剂2-(7-偶氮苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯(HATU)、添加剂K₂CO₃，将反应瓶置于油浴锅中，加热至150-160℃，匀速搅拌回流反应 18-24h。