[发明专利]一种氮掺杂碳包覆非贵双金属钴钼氧化物析氧反应催化剂、制备方法及应用

说明书

本发明属于电催化材料技术领域，提供了一种氮掺杂碳包覆非贵双金属钴钼氧化物析氧反应催化剂、制备方法及应用，将二甲基咪唑和四水合钼酸铵分散在N,N‑二甲基甲酰胺中，再加入六水合硝酸钴，搅拌后进行溶剂热反应，经分离得到前驱体；将前驱体放入氧化铝坩埚中，在惰性气体气氛下于200℃‑900℃进行煅烧，氮掺杂碳包覆非贵双金属钴钼氧化物析氧反应催化剂。氮掺杂碳包覆非贵双金属钴钼氧化物在碱性环境下，其电催化析氧反应活性和电化学稳定性都有着不错的表现。本发明的催化剂采用溶剂热‑高温退火法合成，整个其合成步骤简单，原材料的价格便宜、来源广泛，可以进行大规模制作，有利于提高电解水制氢效率，有利于推动氢能的广泛使用。

技术领域

本发明属于电催化材料技术领域，具体涉及一种氮掺杂碳包覆非贵双金属钴钼氧化物析氧反应催化剂、制备方法及应用。

背景技术

伴随着社会生产力的不断提高，预计在未来几十年内全球的能源需求也将急剧增长。目前，社会生产消耗的能源以化石能源(例如石油、煤、天然气)为主，该类能源在过度开采的同时，还带来了生态环境恶化、温室效应等一系列问题。严重阻碍人类社会的可持续性发展，因此开发清洁的可再生能源就显得尤为重要迄今为止，科学家们在解决环境和能源问题方面己做了大量且具有突破性的研究工作，例如太阳能、潮汐能和风能等可再生能源已部分取代了化石能源，尽管人类加快了开发可再生能源的脚步，但如今看来，季节、地理位置等因素导致可再生能源分布不均匀且存在间歇性，使其能源消耗占比仍非常小。因此，把这些可再生能源转化成清洁的化学燃料(例如氢气)或电能而实现高效的转化与存储，将使人类的能源开发利用进入一个良性循环。氢能由于其清洁、无污染、储存运输方便以及获取途径广泛等优点被认为是一种理想的能源载体。现在国家对氢能源的开发和利用也越来越重视。电解水制氢为推进可再生能源向清洁氢能转化提供了可行性策略。电解水包括了两个半反应:阳极析氧反应和阴极析氢反应。但析氧反应是一个复杂的四电子过程，导致析氧反应过程需要更高的过电位，成为电解水反应的速控步骤。开发优异的电催化剂，可以降低析氧反应的过电位，将在可再生能源领域发挥着至关重要的作用。

目前的研究表明，贵金属及其氧化物不论在酸性还是碱性条件下均能表现出良好的析氧反应催化性能。研究发现在析氧反应催化过程中，贵金属的表面因阳极高电位的影响很容易转化为氧化物薄膜，其中RuO₂和IrO₂常被认为是活性较高的析氧反应催化剂。但是考虑到在实际应用中贵金属基电催化剂价格昂贵，RuO₂和IrO₂在析氧催化反应中不够稳定，同时会逐步发生分解。以贵金属催化剂RuO₂为例，在析氧反应过程中((Ru⁴⁺)O₂会逐渐转变成水合物Ru₂(OH)₂，特别是在高电势下又形成不稳定的(Ru⁸⁺)O₄，进而影响催化剂的性能，IrO₂在析氧反应过程中也会发生类似的物相转变，但在实际应用中IrO₂的稳定性要远高于RuO₂。研究人员热衷于探索和开发高效、稳定且价格低廉的非贵金属电催化剂。因此，非贵金属析氧反应催化剂的研究一直是大家关注的热点。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种氮掺杂碳包覆非贵双金属钴钼氧化物析氧反应催化剂、制备方法及应用，以解决现有商用电解水析氧反应催化剂的催化活性一般、稳定性较差和价格昂贵的问题。

本发明提供了一种氮掺杂碳包覆非贵双金属钴钼氧化物析氧反应催化剂的制备方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤S1，将二甲基咪唑和四水合钼酸铵分散在N,N-二甲基甲酰胺中，再加入六水合硝酸钴，搅拌后进行溶剂热反应，经分离得到前驱体；步骤S2，将前驱体放入氧化铝坩埚中，在惰性气体气氛下于200℃-900℃进行煅烧，得到最终产物，即氮掺杂碳包覆非贵双金属钴钼氧化物析氧反应催化剂，其中，二甲基咪唑、四水合钼酸铵、六水合硝酸钴的摩尔之比为4mmol:0.07mmol:1mmol。