[发明专利]复合材料及其制备方法、电催化水解制氢的方法

说明书

本申请涉及电解水制氢技术领域，提供了一种复合材料及其制备方法，以及一种电催化水解制氢的方法。本申请提供的制备方法包括：提供前体，前体包括导电基底以及负载在导电基底上的钴纳米线；提供包含有硫源和钼源的修饰溶液，将前体置于修饰溶液中，进行加热反应，获得复合材料。本申请方法在钴纳米线负载在导电基底的前提下，采用硫和钼对其进行进一步修饰，构建具有杂化或多相界面的异质结构，极大地增加了复合材料的电催化活性位点数量和扩展双功能电催化作用，并确保异质界面间离子/电子的快速传输，结合导电基底优异的电子转移速率，提高了复合材料的整体电催化水分解活性。

技术领域

本申请属于电解水制氢技术领域，尤其涉及一种复合材料及其制备方法，以及一种电催化水解制氢的方法。

背景技术

近年来，通过析氢反应(Hydrogen evolution reaction，HER)和/或析氧反应(Oxygen evolution reaction，OER)实现电催化水分解制氢的研究得到飞速发展。由于氧析出反应是一个四电子反应过程，往往需要较高的过电势，耗能较大。而且，目前报道的大多数电催化剂达不到要求1.8-2.4V的槽压电流大于等于200mAcm^-2的商业应用标准(EnergyEnviron Sci 11(2018)2858)，或联合可再生能源尤其太阳能电池的电解水制氢低过电势条件下电流密度还不高，效率低下。

因而，研发一种高能源效率和低过电势的氧析出催化剂是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种复合材料及其制备方法，以及一种电催化水解制氢的方法，旨在解决现有催化剂氧析出过电势高及能源效率低的问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种复合材料的制备方法，包括以下步骤：

提供前体，所述前体包括导电基底以及负载在所述导电基底上的钴纳米线；

提供包含有硫源和钼源的修饰溶液，将所述前体置于所述修饰溶液中，进行加热反应，获得所述复合材料。

第二方面，本申请提供一种复合材料，复合材料由上述制备方法制得。

第三方面，本申请提供一种电催化水解制氢的方法，以前述制备方法制得的复合材料或上述复合材料为电催化剂，将所述电催化剂置于水溶液中，进行析氢反应、析氧反应或全解水反应。

本申请第一方面提供的复合材料的制备方法，在钴纳米线负载在导电基底的前提下，采用硫和钼对其进行进一步修饰，构建具有杂化或多相界面的异质结构，极大地增加了复合材料的电催化活性位点数量，确保异质界面间离子/电子的快速传输，结合导电基底优异的电子转移速率，提高了复合材料的整体电催化水分解活性。经测试，由本申请的方法形成的复合材料(Mo,S_x)Co Nws@NF具备超低的氧析出过电势，其10mA/cm²仅为80mV，解决了现有催化剂氧析出过电势高的问题，而且，本申请的复合材料兼具有良好的氢析出活性和氧析出活性，可同时进行氢析出反应和氧析出反应，有效增加能源效率和降低电解池制备成本。

本申请第二方面提供的复合材料，由上述制备方法制得，兼具有良好的氢析出活性和氧析出活性，氧析出过电势低，能源效率高，作为双功能电催化剂应用于全解水制氢，可在高槽电压下大电流制氢(商业碱性条件下高效全解水制氢)，也可以在较低过电势下与可再生能源如太阳能联合实现可再生能源的高效利用，环保且可持续发展。

本申请第三方面提供的电催化水解制氢的方法，以上述复合材料为电催化剂，实现高效率电解水制氢。

附图说明