[发明专利]一种蜂窝状电解水催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种蜂窝状电解水催化剂及其制备方法和应用，属于电催化技术领域。利用本发明方法制得的蜂窝状电解水催化剂，具有多孔、高比表面积、较多的表面活性位点，较好的电子传导能力等优点，该催化剂作为工作电极或分别作为阴极和阳极，在碱性电解液中对析氢与析氧反应同时表现出优异的催化活性与稳定性。同时该催化剂成本低廉，制备方法制备工艺简单易行，环境友好，催化性能优越，为该类材料在电催化领域提供了基础应用研究。

技术领域

本发明涉及电催化技术领域，尤其涉及一种蜂窝状电解水催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

化石燃料的迅速枯竭加上环境危机，强烈刺激了开发可再生替代能源的追求。氢气作为一种零碳足迹的燃料，因其高能量密度和清洁而被认为是一种很有前途的化石燃料的替代品。目前，Pt基和Ir/Ru基化合物已分别为最先进的HER和OER电催化剂。然而，这些贵金属的高昂价格、稀缺性、低双功能性(分别在HER和OER中都具有优异的催化性能)和较差的稳定性严重限制了它们的广泛应用。

碳化钼是早期过渡金属碳化物的重要成员，由于其电子结构与铂族金属相似，作为一种高性能的析氢反应(HER)电催化剂引起了研究者的兴趣。但是仍然存在电解水双功能性差，不稳定等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蜂窝状电解水催化剂及其制备方法和应用，兼具高活性、高稳定性和双功能性，且成本低廉。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种蜂窝状电解水催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将多酸和过渡金属盐溶于热水中进行掺杂，然后加入重结晶溶剂，进行重结晶，得到过渡金属掺杂多酸；所述多酸为磷钼酸或磷钨酸；所述过渡金属盐为Fe盐、Co盐或Ni盐；

将所述过渡金属掺杂多酸、SiO₂球和碳氮源在溶剂中混合，进行预聚合，得到预聚物；所述碳氮源为盐酸多巴胺、三聚氰胺或聚苯胺；所述SiO₂球的粒径为200～1000nm；

将所述预聚物进行热解，得到热解产物；

利用氢氟酸将所述热解产物中的SiO₂球进行刻蚀，得到蜂窝状电解水催化剂。

优选的，所述多酸和过渡金属盐中过渡金属离子的摩尔比为1：(0.7～2.5)。

优选的，所述热水中还含有重结晶助剂，所述重结晶助剂包括醋酸钾或碳酸钾；所述多酸和重结晶助剂的摩尔比为1：(1～1.5)；所述掺杂的温度为85～105℃。

优选的，所述重结晶溶剂包括甲醇、乙腈、乙醇或甲苯；所述重结晶的温度为1.5～12.3℃。

优选的，所述热解的温度为700～900℃，保温时间为5～8h。

优选的，所述预聚合所用溶剂为甲醇、乙醇或乙腈。

优选的，所述过渡金属掺杂多酸和碳氮源的质量比为1：(0.8～3.8)。

优选的，所述碳氮源和SiO₂球的质量比为1：(1.3～11.8)。

本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的蜂窝状电解水催化剂。

本发明提供了上述方案所述蜂窝状电解水催化剂在碱性电解水中的应用。