[发明专利]一种复合催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种复合催化剂及其制备方法与应用，制备方法包括步骤：将含有第一类过渡金属盐的溶液A加入到含有有机配体的溶液B中，得到溶液C；将自支撑基底浸入到溶液C中静置后，取出干燥并进行退火处理，在自支撑基底上制备得到过渡金属氧化物；将表面含有过渡金属氧化物的自支撑基底浸入到含有第二类过渡金属盐的溶液D中静置，然后浸入到含有硼氢化钠和可溶性碱的溶液E中静置，重复此步骤若干次，得到复合催化剂。本发明将通过简单的共沉淀法和反复浸渍的方法制备得到具有多级结构且形貌均匀、比表面积大、活性位点多的自支撑结构复合催化剂。本发明的制备方法耗时短、制备工序简单、反应条件简单且温和、成本低、环境友好且可大规模制备。

技术领域

本发明涉及电催化技术领域，尤其涉及一种复合催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

降低电解水制氢成本并在近海地区实现直接电解海水制氢，将有效推动氢能源经济的发展。电解水阳极端的氧气析出反应(Oxygen Evolution Reaction，OER)涉及四电子转移，其动力学缓慢，故亟需开发高效且稳定的电催化剂以降低反应活化能。Ir和Ru基化合物对催化OER具有较高的本征活性，但高昂的价格成本限制了其在工业中的大规模应用。此外，海水中含有大量氯离子，其易与OER发生竞争反应且易造成电极腐蚀，因此真正意义上实现工业电解海水制氢亟需开发低成本、高选择性且稳定的OER电催化剂。多级结构的过渡金属羟基氧化物对催化OER具有较高的本征活性，多级结构材料既可保留组成单元的固有特性，而且可引入其他结构特征，如提供更大的比表面积和发达的孔隙结构等。现阶段基于多级结构的过渡金属羟基氧化物催化剂的制备主要通过水热/溶剂热和硬/软模板以及电化学重构等路线，然而，以上方法高度依赖于热能或结构导向剂(模板、表面活性剂等)或主体材料牺牲法来诱导异质成核/生长和多级结构的形成，从而不可避免地增加了生态、经济以及时间成本。与此同时，在高温非水相体系中整个反应条件苛刻且相对较复杂，不利于研究多级过渡金属羟基氧化物的生长过程和自组装行为。因此，目前亟需开发一种温和条件下制备多级结构过渡金属羟基氧化物的简便方法并探索其在海水介质中催化OER的应用。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合催化剂及其制备方法与应用，旨在解决现有制备方法时间长、成本高、反应条件苛刻且复杂的问题。

本发明的技术方案如下：

本发明的第一方面，提供一种复合催化剂的制备方法，其中，包括步骤：

步骤一、提供含有第一类过渡金属盐的溶液A、含有有机配体的溶液B、含有第二类过渡金属盐的溶液D，含有硼氢化钠和可溶性碱的溶液E；将所述溶液A加入到所述溶液B中，得到溶液C；步骤二、将自支撑基底浸入到所述溶液C中，静置第一预设时间后进行退火处理，在所述自支撑基底上制备得到过渡金属氧化物；

步骤三、将表面含有过渡金属氧化物的自支撑基底浸入到所述溶液D中，静置第二预设时间；

步骤四：将所述步骤三得到的产物浸入到所述溶液E中，静置第三预设时间；

步骤五：重复所述步骤三至步骤四若干次，在所述过渡金属氧化物表面制备得到硼掺杂的过渡金属羟基氧化物，得到所述复合催化剂。

可选地，所述第一类过渡金属盐中的过渡金属选自钴、镍、铁中的至少一种。

可选地，所述有机配体选自二甲基咪唑。

可选地，所述第二类过渡金属盐选自铁盐、钨盐、镍盐、钴盐、锰盐中的至少一种。

可选地，所述可溶性碱选自氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。

可选地，所述自支撑基底选自泡沫镍、碳布、泡沫铜中的至少一种。

可选地，所述退火的温度为300～500℃，退火的时间为1～3h，退火的气氛为空气。