[发明专利]纳米电催化剂及合成方法、测试电极及制备方法

说明书

一种纳米电催化剂及合成方法、测试电极及制备方法，该合成纳米电催化剂的方法，包括：将碳材料活化处理，将活化后的碳材料浸泡于金属盐溶液中，使金属盐吸附于所述碳材料上；对吸附所述金属盐的所述碳材料进行干燥；对干燥后的所述碳材料进行热冲击，以形成负载于所述碳材料的纳米金属或纳米金属氧化物，即形成纳米电催化剂。

技术领域

本发明涉及电化学能源技术领域，特别涉及纳米电催化剂及合成方法、测试电极及制备方法。

背景技术

人类工业化进程的加速不仅导致了能源危机，也造成了一系列环境与气候问题。利用电催化技术进行废气(如CO₂)的回收转化、实现清洁能源(如H2)的制备与利用、绿色无污染燃料电池的使用等在实现“碳中和”社会的紧迫要求下具有广阔的应用前景。

电催化剂是电催化技术规模化应用的关键。然而，目前在走向工业化过程中仍然存在一系列的问题：如常规电催化剂不稳易失活，反应过电势较高等。因此，发展高效、稳定、低成本的电催化剂是解决这些问题的关键所在。

目前，提高电催化剂性能的方法主要有通过制备纳米结构提高比表面积或通过合金化调节反应中间体在催化位点的吸附强度等。制作方法通常包括水热法，电解法，浸渍法，共沉淀法，离子交换法及电化学还原/沉积法等。然而这些合成方法大多调控复杂，工艺繁琐，难以实现规模化。如液相化学还原法前驱体的焙烧过程不仅耗时长，还会消耗大量电能，带来污水处理等一系列问题，在能量效率和整体收益方面并不能体现出优势。为将电催化废气回收利用与能源存储转化技术推向工业化，急切需要发展新的催化剂制备方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供纳米电催化剂及合成方法、测试电极及制备方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的第一个方面，提供一种合成纳米电催化剂的方法，包括：将碳材料浸泡于金属盐溶液中，使金属盐吸附于所述碳材料上；对吸附所述金属盐的所述碳材料进行干燥；对干燥后的所述碳材料进行第一热冲击，以形成负载于所述碳材料的纳米金属或纳米金属氧化物，即形成纳米电催化剂。

作为本发明的第二个方面，还提供了一种利用上述方法制备的纳米电催化剂，包括：纳米金属或纳米金属氧化物颗粒和碳材料，其中，所述纳米金属或纳米金属氧化物颗粒均匀地负载于所述碳材料上。

作为本发明的第三个方面，还提供了一种测试电极的制备方法，包括：利用上述方法制备纳米电催化剂；当碳材料为碳粉末材料时，将制备的所述纳米电催化剂和粘结剂、溶剂混合成浆料滴涂于工作电极上，干燥后形成所述测试电极；或者当碳材料为成型碳材料时，将所述纳米电催化剂直接作为所述测试电极。

作为本发明的第四个方面还提供了一种利用上述的制备方法制备的测试电极。

从上述技术方案可以看出，本发明的纳米电催化剂及合成方法、测试电极及制备方法具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)本发明的纳米电催化剂采用热冲击的方法，该方法具有高度可控的升温降温过程，有利于降低纳米电催化剂中金属或金属氧化物的尺寸，而较小的金属或金属氧化物的尺寸可以提高纳米电催化剂活性位点利用率；利用此法制得的多组分催化剂呈固溶体相，各组分分布极其均匀，因而利用该方法可以设计出成本低且高效的催化材料；热冲击法的所有能量几乎全部作用于催化材料，相比于其他热合成方法，该方法大大节约了电能损耗；该方法合成周期短至几秒以内，缩短了催化剂的制造周期，便于供需平衡，降低浪费。

(2)本发明的纳米电催化剂，通过调控原料组成可以合成不同种类的电催化剂，可以应用于多种催化类型，具有很好的普适性。

(3)本发明的纳米电催化剂对装置要求低，极易规模化。

附图说明

图1是本发明实施例1-3中合成纳米电催化剂的加热平台示意图；