[发明专利]一种用于甘油氧化辅助产氢的非贵金属催化剂

说明书

本发明公开了一种用于甘油氧化辅助产氢的非贵金属催化剂，制备方法是采用水热法然后在空气氛围下在管式炉中煅烧得到的生长在泡沫镍上的Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;材料。将制备得到的Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;@NF材料放入三电极体系中测试其甘油辅助水分解制氢及甘油氧化性能，测得的起始电位(10mA/cmsupgt;2/supgt;)为1.22V，接近于传统电解水的理论电位1.23V，减少了产氢的能耗，并且对甘油氧化后的产物进行了核磁氢谱测试，产物为甲酸并且法拉第效率达到了97.4％。如果将该催化剂材料利用电化学中和能应用到酸碱不对称电解池测得的起始电位(10mA/cmsupgt;2/supgt;)为0.55V，超越了传统电解池中所需电压，极大的降低了电催化反应的能耗。

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其涉及电催化技术领域，具体为一种用于甘油氧化辅助产氢的非贵金属催化剂。

背景技术

化石燃料是一种有限的资源，通过化石燃料发电已经导致了二氧化碳排放造成的污染和气候变化等环境问题。因此，未来的可再生能源基础设施需要清洁和可持续的氢气生产，例如通过电催化制氢就是一个很具有潜力的方式。传统的电解水技术以析氢反应(HER)为阴极反应，析氧反应(OER)作为阳极反应。然而在传统的水电解体系中，阴极HER速度往往受到阳极OER反应速度的限制，因为后者的动力学较慢。通过用其他热力学上更有利的阳极反应，特别是那些可以产生有价值产品的阳极反应来取代OER从而构建混合水电解系统，成为提高电解水制氢整体能量转换效率的创新策略。目前为止，所报道的文献中HER和甘油的电催化氧化最常用的催化剂还是贵金属或贵金属与非贵金属复合材料催化剂，但成本高、稀缺性和稳定性差等限制了它们的大规模生产。以泡沫镍为基底的Co₃O₄非贵金属催化剂既可以催化甘油辅助水分解制氢又可以催化甘油氧化，具有很好的应用前景，通过该催化剂将甘油氧化反应(GOR)与HER偶联构成双功能混合杂化水电解体系，可以获得高纯度的甲酸，并在电化学上辅助水的裂解生成氢气。并且以泡沫镍为基底的Co₃O₄非贵金属催化剂能够采用电化学方法应用在酸碱不对称装置中，将传统的酸碱中和热能转化为电能，利用电化学中和能能够大大降低反应所需能耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于甘油氧化辅助产氢的非贵金属催化剂，针对制备生长在泡沫镍上的Co₃O₄非贵金属催化剂用于在电催化甘油氧化，将甘油氧化成甲酸，并辅助阴极析氢反应生成氢气；所解决的技术问题是在制备了一种均匀生长在泡沫镍上的Co₃O₄非贵金属催化剂，并且材料通过在空气中煅烧形成的纳米片状具有比表面积大、导电性好和催化活性优秀的特点。

本发明采用的技术方案如下：一种用于甘油氧化辅助产氢的非贵金属催化剂，将Co₃O₄催化剂生长在泡沫镍基底上，其制备方法包括以下步骤：

步骤一，泡沫镍基底的预处理；

将裁剪好的泡沫镍分别在盐酸、无水乙醇和去离子水中分别超声10分钟进行泡沫镍的预处理；

步骤二，Co₃O₄@NF的制备；

将六水合硝酸钴和2-甲基咪唑分别溶于甲醇得到溶液A和溶液B，搅拌均匀后将溶液A和溶液B混合搅拌后得到溶液C；

然后将溶液C和清洁的泡沫镍在反应釜中140℃反应12h，经过洗涤和真空干燥，在空气氛围中经过煅烧得到生长在泡沫镍上的Co₃O₄催化剂。

进一步的，所述步骤一中泡沫镍尺寸优选的大小为2cm×3cm。

进一步的，所述步骤一中盐酸溶液浓度为3M。