[发明专利]一种含钴和镍的复合电催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明采用CFP作为基底，以避免使用粘结剂，从而避免使用粘结剂降低制备的所述催化剂的催化性能；先后在CFP表面原位沉积CoSsubgt;2/subgt;和NiCosubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;，避免CoSsubgt;2/subgt;的团聚，暴露更多的活性催化位点，其中CoSsubgt;2/subgt;析氢和析氧动力学过程较快，导电性能优异，双金属硫化物NiCosubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;本身存在丰富的氧化还原电对，CoSsubgt;2/subgt;和NiCosubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;复合形成异质结，从而加速电子在电催化过程中的转移速率，且在形成所述异质结时还会产生缺陷和空位，提供了更多的催化活性位点，进一步提高电催化性能，CoSsubgt;2/subgt;和NiCosubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;的协同效应得到充分利用，显著提高了制备得到的所述含钴和镍的复合电催化剂的析氢、析氧和电解水催化性能。

技术领域

本发明涉及催化材料技术领域，尤其涉及一种含钴和镍的复合电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着人类社会的快速发展，能源短缺问题和环境污染问题日益成为社会关注的热点问题，这也促使人们高度重视生态环境保护及能源的可持续发展。目前，人类能源供给逐渐从化石能源向太阳能、潮汐能、风能等无污染可持续的绿色能源转变。然而，这些绿色能源也存在一些不足之处，如容易受到天气、时间和地域的影响，无法持续稳定供给，难以满足人类生产生活的需求。而氢能在使用过程中无污染，能量密度高，其供应形式比其他绿色能源更稳定，已经成为最具有应用前景的绿色能源之一。

氢气的制取手段有很多种，主要有甲烷蒸汽转化法、天然气制氢法以及电解水制氢法。工业上主要采取甲烷蒸汽转化法和天然气制氢法，但是在制取过程中会产生温室气体二氧化碳。在电解水制备氢气过程中，阴极和阳极分别发生还原反应和氧化反应，只有氢气和氧气生成，制备方法更绿色更环保，另一产物氧气在医疗保健、国防工业等方面也有着广泛的运用。

使用电解水法制取氢气和氧气的过程中，需要克服一定的能量势垒。在电解水过程中引入催化剂是解决这一问题的有效手段。目前，商业上使用较多的催化剂为Pt、Pd和Ru等贵金属催化剂，然而贵金属在地壳中的储量相对较低且成本相对高昂，这严重阻碍了电解水制氢和制氧的广泛推广和应用。因此，提供一种电催化性能高效且成本低的电解水催化剂是现有技术亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含钴和镍的复合电催化剂及其制备方法和应用，本发明提供的制备方法，原料来源广泛，成本低廉，制备的含钴和镍的复合电催化剂，在析氢反应、析氧反应和电解水方面都表现出优异的电催化性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种含钴和镍的复合电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碳纤维纸进行亲水性处理，得到预处理的碳纤维纸；

(2)将所述步骤(1)得到的预处理的碳纤维纸浸渍到含钴源和硫源的水溶液中，然后进行水热反应，得到二硫化钴/碳纤维纸；

(3)将所述步骤(2)得到的二硫化钴/碳纤维纸浸渍到含钴源、镍源和硫源的水溶液中，然后进行水热反应，得到含钴和镍的复合电催化剂。

优选地，所述步骤(1)中亲水性处理为电化学处理、热处理氧化、液相处理、等离子体处理、微波处理中的一种。

优选地，所述步骤(2)中含钴源和硫源的水溶液中钴源和所述步骤(3)中含钴源、镍源和硫源的水溶液中的钴源独立地为CoCl₂·6H₂O和Co(NO₃)₂·6H₂O中的一种或两种。