[发明专利]一种析氢和析氧用双功能钨钴双金属电解水催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种析氢和析氧用双功能钨钴双金属电解水催化剂，由硫化物形式的W、Co和S组成，并包裹在石墨烯中后负载在碳纸上，其通式为W_xCo_yS_z@CP，式中0＜x/y≤10、0＜z≤10。此外，还公开了上述析氢和析氧用双功能钨钴双金属电解水催化剂的制备方法。本发明集成的W_xCo_yS_z@CP催化材料在OER和HER中作为电催化剂，显示出了所需的双功能电催化活性，具有低成本、高效持久、来源充足、高稳定性和环境友好的显著特点，可广泛应用于各种析氧和析氢电解催化，也为设计新的高催化活性的电极材料提供了新的思路，这对于工业上大规模推广使用有着极大的价值。

技术领域

本发明涉及催化材料技术领域，尤其涉及一种双金属催化剂及其制备方法。

背景技术

日益严重的环境问题和不可再生化石燃料的消耗，已经激发了人们对可持续能源发展和能量存储转换技术研究的兴趣。在这些绿色能源系统中，在较低的过电势下具有高速率氧还原(ORR)、氧析出(OER)和氢析出(HER)对于能源利用和输出是至关重要的。目前，电解水技术和可充电金属-空气电池的瓶颈在于缺少高效率和耐久性的电催化剂。

锌空气电池具有理论能量密度高、环境友好和高安全性，但是由于电催化剂低效的析氧和氧还原催化特性，其工作电压受到阻碍。析氢是水分解过程中至关重要的半反应，同样需要高效的电催化剂。铂基、钌基和铱基材料都是高效的电解水催化剂，但是高稀缺性、高成本和长期稳定性不足限制了其大规模的商业化应用。

因此，迫切需要开发低成本、高效持久、来源充足且稳定的电解水双功能或者三功能电催化剂，以促进反应从而提高能量转化效率。目前，虽然对于过渡金属双金属催化剂的报道较多，但是尚未见到关于析氢和析氧用双功能钨钴双金属电解水催化剂的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种析氢和析氧用双功能钨钴双金属电解水催化剂，以获得高催化活性、性能稳定的钨单金属电解水催化材料。本发明的另一目的在于提供上述析氢和析氧用双功能钨钴双金属电解水催化剂的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种析氢和析氧用双功能钨钴双金属电解水催化剂，由硫化物形式的W、Co和S组成，并包裹在石墨烯中后负载在碳纸上，其通式为W_xCo_yS_z@CP，式中0＜x/y≤10、0＜z≤10。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的上述析氢和析氧用双功能钨钴双金属电解水催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照比例钨酸钴∶双氧水∶盐酸＝1～20mmol∶5～15ml∶10～20ml，将钨酸钴加入由双氧水和盐酸组成的混合溶液中搅拌均匀，得到含钨和钴的混合浆料；

(2)碳纸依次用超纯水和乙醇浸泡后，经超声波清洗3～8min、干燥后，得到处理后的碳纸；

(3)将所述处理后的碳纸置于含钨和钴的混合浆料中浸渍后，在300～600℃温度下煅烧10～40min，获得负载有钨和钴氧化物晶种的碳纸；

(4)将所述负载有钨和钴氧化物晶种的碳纸放入管式炉中、在氩气或氮气保护下，通入CS₂溶液，在600～1000℃温度下处理0.5～3h，冷却至室温，即制得析氢和析氧用双功能钨钴双金属电解水催化剂。

本发明具有以下有益效果：