[发明专利]一种用于海水电解的催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明为一种用于海水电解的催化剂的制备方法及应用，催化剂应用于海水电解制取清洁能源氢气，并具有抗海水腐蚀性能。针对目前海水电解催化剂活性低、抗腐蚀性差的问题，提供一种具有木桩形结构的CoMoCH‑Cusubgt;2/subgt;SeS/泡沫镍催化剂的制备方法及应用。首先通过溶剂热法在泡沫镍基底上制备Cusubgt;2/subgt;SeS活性组分，然后通过水热法和Mo元素掺杂，进一步在Cusubgt;2/subgt;SeS/NF上形成CoMoCH，CoMoCH为Co(COsubgt;3/subgt;)subgt;0.5/subgt;(OH)·0.11Hsubgt;2/subgt;O与CoMoOsubgt;4/subgt;·3Hsubgt;2/subgt;O的复合物，并且CoMoCH为木桩形结构，均匀覆盖在Cusubgt;2/subgt;SeS/泡沫镍表面上。多孔木桩形结构提供了较大的反应区域和大量的催化活性中心，Cusubgt;2/subgt;SeS和CoMoCH协同作用促进了电子转移，提高了海水电解催化活性。另外，CoMoCH层间通过阴离子之间的排斥作用可有效阻断海水中氯离子侵入Cusubgt;2/subgt;SeS活性组分和泡沫镍基底，避免其腐蚀。该催化剂具有良好的应用推广前景。

技术领域

本发明属于清洁氢能源制备领域，具体涉及海水电解催化剂的制备方法及应用。

背景技术

与地球上有限的淡水资源相比，海水资源丰富，海水电解是一种潜在的绿色氢能源生产策略。而直接海水电解面临着巨大的挑战，因为海水中存在大量无机离子、微生物和悬浮物等，它们在海水电解过程中极容易覆盖催化剂表面的活性位点，导致其中毒和失活。特别是海水中高浓度的Cl^-离子对电解催化剂具有很强腐蚀性，以及存在析氯反应(ClER)与析氧反应(OER)之间的竞争。因此，制备高效、稳定和耐腐蚀的海水电解催化剂是实现海水电解制氢的有效保证。目前，Pt/Ir/Ru基催化剂虽然在淡水电解过程中具有较高的HER(析氢反应)和OER催化性能，但由于它们易中毒和被腐蚀，在海水电解中的活性较差。此外，它们的稀缺性和高昂的成本也阻碍了其未来的大规模应用。过渡金属层状双氢氧化物(TM-LDH)具有独特的二维层状结构，其成分可调、层间离子多样和可交换，可以作为高效稳定的水/海水电解OER催化剂。然而，纯相TM-LDH催化剂自身导电性差、活性表面积小、耐腐蚀性不理想，限制了其在海水电解中的应用。近来，异质结构的构建和金属/非金属元素的掺杂为海水电解催化剂的结构调控和性能提升提供了一种新的有效策略。例如专利202210986687.5公开了一种CeO₂@NiFe-LDH/NF催化剂在碱性模拟海水和碱性天然海水电解中的催化析氧性能，其明显优于没有CeO₂覆盖层的NiFe-LDH/NF的性能。其主要原因是引入的CeO₂为催化界面提供了氧空位以及与NiFe-LDH形成了异质界面，因而使催化剂析氧活性得到了提高。另外沉积的CeO₂层可有效抑制Cl^-对催化剂的腐蚀。专利202210021418.5公开了一种电解海水的核壳结构的S-NiMoO₄@NiFe-LDH双功能催化剂，三维核壳结构提供了丰富的活性位点，加速了电荷转移、气体产物扩散，Mo元素的掺杂和硫改性提高了催化剂在含氯离子电解质中的耐腐蚀性。铜基硫硒化合物具有结构可调、超导电性、空位缺陷多等特点，是海水电解中理想的HER催化剂，但其抗腐蚀性差，迄今未见有将其制备成复合催化剂以进一步提高催化活性及抗腐蚀性的报道。

发明内容

针对现有技术的不足以及本领域研究和应用的需求，本发明为克服现有海水电解催化剂催化活性低和抗腐蚀性能不理想的问题，旨在提供一种CoMoCH-Cu₂SeS/NF复合催化剂的制备方法，并在海水电解中具有较高的析氢和析氧催化活性及抗海水腐蚀性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案及步骤：

(1)Cu₂SeS/泡沫镍的制备