[发明专利]一种碳纳米管包覆的氮化钒/碳化铁复合电催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明一种碳纳米管包覆的氮化钒/碳化铁复合电催化剂及制备方法和应用，属于电化学催化剂技术领域，该制备方法包括如下步骤：将六水合三氯化铁、双氰胺和氯化钒混合均匀后在保护气体下于750～950℃进行保温处理，六水合三氯化铁、双氰胺和氯化钒的质量比为(0.1～0.5)：(1～3)：(0.01～0.09)，得到碳纳米管包覆的氮化钒/碳化铁复合电催化剂，这种结构非常有利于电解液样品的充分接触，继而能够大大增强其电催化性能。本发明制备工艺简单，生产成本低，条件易于控制，制备的电催化剂用于产氢、产氧及氧还原反应，其催化活性优异，同时又具备良好的稳定性。

技术领域

本发明属于电化学催化剂技术领域，具体为一种碳纳米管包覆的氮化钒/碳化铁复合电催化剂及制备方法和应用。

背景技术

析氢反应(HER)，析氧反应(OER)和氧还原反应(ORR)的电催化剂分别是水裂解，燃料电池及金属-空气电池的关键组成部分。贵金属铂(Pt)及其合金仍然是最有效的HER和ORR的催化剂，贵金属铱(Ir)和钌(Ru)及其氧化物是最有效的OER的催化剂。但它们的高成本和资源稀缺阻碍了基于这些材料的可再生能源技术的进一步发展。因此设计和开发非贵金属基电催化剂作为贵金属的替代物用于HER，OER和ORR的研究具有很大的前景。

过渡金属基化合物是一类非常有潜力的贵金属的替代物。然而，目前报道的大多数HER，OER和ORR电催化剂如过渡金属，过渡金属氧化物，过渡金属碳化物等，通常是以薄膜或粒子团的形式涂覆在玻碳，泡沫镍或其它导电基板上，对这些成熟的非贵金属纳米催化剂HER，OER和ORR的过电位要求仍高于贵金属。特别地，它们在碱性/酸性溶液中要么表现出非常有限的HER/OER/ORR活性，要么表现出较差的稳定性。因此，高效且低成本的HER，OER和ORR电催化剂一直受到广泛地探索。

所以，为了提高催化剂的电化学效率，寻找性能优越的析氢析氧及氧还原催化剂以尽可能地降低成本，一直是电催化剂领域的难点。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种碳纳米管包覆的氮化钒/碳化铁复合电催化剂及制备方法和应用，制备工艺简单，生产成本低，条件易于控制，制备的电催化剂用于产氢、产氧及氧还原反应，其催化活性优异，同时又具备良好的稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种碳纳米管包覆的氮化钒/碳化铁复合电催化剂的制备方法，包括如下步骤：

将六水合三氯化铁、双氰胺和氯化钒混合均匀后在保护气体下于750～950℃进行保温处理，六水合三氯化铁、双氰胺和氯化钒的质量比为(0.1～0.5)：(1～3)：(0.01～0.09)，得到碳纳米管包覆的氮化钒/碳化铁复合电催化剂。

优选的，将六水合三氯化铁、双氰胺和氯化钒在乙醇中研磨后干燥，得到混合均匀的六水合三氯化铁、双氰胺和氯化钒。

进一步，六水合三氯化铁、双氰胺和氯化钒在乙醇中研磨20～40min后在60～80℃干燥12～16h。

优选的，所述的六水合三氯化铁、双氰胺和氯化钒在流速为50～90sccm/min的保护气氛下保温。

优选的，所述的六水合三氯化铁、双氰胺和氯化钒从室温开始升温，升温速率为4～12℃/min。

优选的，所述的六水合三氯化铁、双氰胺和氯化钒在750～950℃下保温0.5～2.5h。

优选的，所述的制备方法还包括将得到的碳纳米管包覆的氮化钒/碳化铁复合电催化剂在保护气体作用下自然冷却至室温后研磨。

优选的，所述的保护气体为氩气。

一种由上述任意一项所述的碳纳米管包覆的氮化钒/碳化铁复合电催化剂的制备方法得到的碳纳米管包覆的氮化钒/碳化铁复合电催化剂。