一种电沉积辅助的自支撑析氧催化剂的制备方法技术

本发明专利技术具体涉及一种电沉积辅助的自支撑析氧催化剂的制备方法；包括以下步骤：（1）对泡沫铜进行前处理；（2）配置氢氧化钠与过硫酸铵的混合液；（3）将步骤（1）处理后的泡沫铜放入步骤（2）所得的溶液中，浸泡直至泡沫铜表面转变为蓝色，然后取出泡沫铜，得到Cu(OH)2/CF样品；（4）配置六水合硝酸钴和六水合硝酸铈的混合溶液；（5）以步骤（4）所配制的溶液为电解液，以步骤（3）所得Cu(OH)2/CF样品为工作电极、以铂片电极为对电极、Ag/AgCl电极为参比电极构筑三电极体系，利用电化学工作站进行电沉积得到催化剂；合成的催化剂具有独特的微观结构，丰富的活性位点和优越的催化性能，在强碱性条件下具有长时间的稳定催化活性。具有长时间的稳定催化活性。具有长时间的稳定催化活性。

【技术实现步骤摘要】
一种电沉积辅助的自支撑析氧催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及电解水催化材料
，具体涉及一种电沉积辅助的自支撑析氧催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]氢能因其零排放和高能量密度而成为最有前途的能源替代品之一，对于发展可持续的能源生产和能源消耗系统具有重要意义。目前主流的制氢方式是煤气化制氢、天然气制氢。从成本角度看，煤气化制氢成本最低，已存在利润空间，电解水制氢仅占4%，制约电解水制氢技术发展的主要因素是成本过高、收益为负；从绿色环保角度看，电解水制氢低碳、可持续，相较于目前主流制氢技术，是可持续和低污染的，是理论上最理想的制氢技术，符合可持续发展的国家政策。
[0003]电催化水分解反应由析氢反应(HER)和析氧反应(OER)两个半反应组成，理论上需要1.23 V的过电势可以完成反应。然而在实际的电解水过程中，由于系统中复杂的电子、离子迁移过程，导致动力学缓慢，能量转化效率较低，需要使用远大于理论值的电压来驱动反应。催化剂的引入可以显著降低反应能垒，提高电子转移速率，从而提高能量转化效率。目前为止，已报到出一些性能优异、成本低廉的过渡金属基催化剂，其催化性能比肩甚至优于传统的铂（Pt）、铱（Ir）系贵金属催化剂。然而，报道的催化剂通常是粉末，具有半导体甚至绝缘的特点，低的电子导电性和物理不稳定性导致其在强酸、强碱等恶劣环境下无法达到工业要求。因此，探索能够改善上述问题，实现工业化应用的过渡金属电催化剂成为现在研究的重中之重。

技术实现思路

[0004]本专利技术克服现有技术的不足，提供一种电沉积辅助的自支撑析氧催化剂的制备方法。本专利技术利用泡沫铜为纳米材料生长基底，通过化学自腐蚀及电沉积的方式合成了自支撑电极材料Ce
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Co(OH)2@Cu(OH)2/CF催化剂。自支撑电极原位生长(直接在电极上生长电催化剂)的方式显著改善了纳米材料物理稳定性和导电性差的问题。Ce
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Co(OH)2@Cu(OH)2/CF催化剂具有独特的微观结构，丰富的活性位点和优越的催化性能，在强碱性条件下具有长时间的稳定催化活性。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种电沉积辅助的自支撑析氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）对泡沫铜进行前处理，以去除泡沫铜表面氧化物和杂质，将处理后的泡沫铜放入真空干燥箱中干燥备用；（2）配置氢氧化钠与过硫酸铵的混合液；（3）将步骤（1）处理后的泡沫铜放入步骤（2）所得的溶液中，室温浸泡一定时间，直至泡沫铜表面转变为蓝色，然后取出泡沫铜，用无水乙醇和去离子水冲洗三次后放入真空干燥箱中干燥得到Cu(OH)2/CF样品；
（4）配置六水合硝酸钴和六水合硝酸铈的混合溶液；（5）以步骤（4）所配制的溶液为电解液，以步骤（3）所得Cu(OH)2/CF样品为工作电极、以铂片电极为对电极、Ag/AgCl电极为参比电极构筑三电极体系，利用电化学工作站进行电沉积，电沉积结束后将所得样品用无水乙醇和去离子水冲洗三次后放入真空干燥箱中干燥得到Ce
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Co(OH)2@Cu(OH)2/CF催化剂。
[0006]进一步的，步骤（1）对泡沫铜进行前处理的步骤为：采用超声波清洗机处理用盐酸、无水乙醇、去离子水依次将泡沫铜进行超声处理，以去除泡沫铜表面氧化物和杂质。
[0007]进一步的，步骤（1）中的盐酸浓度为1 M。
[0008]进一步的，步骤（2）中氢氧化钠与过硫酸铵的摩尔浓度比为20:1。
[0009]进一步的，步骤（4）中六水合硝酸钴和六水合硝酸铈的摩尔浓度比为5:1。
[0010]进一步的，步骤（5）中的电沉积的操作过程是：以
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0.9 V的恒电位电沉积900秒。
[0011]另外，本专利技术还提供上述的制备方法所制备的催化剂在电解水析氧电催化中的应用。
[0012]进一步的，所述的应用，催化剂电解水析氧电催化的方法为以制备的催化剂为工作电极、Hg/HgO作为参比电极、石墨棒作为对电极构筑三电极体系，以氢氧化钾溶液作为电解液，使用电化学工作站进行测试。
[0013]优选的，氢氧化钾的浓度是1 M。
[0014]与现有技术相比本专利技术具有以下有益效果：自支撑电极原位生长(直接在电极上生长电催化剂)的方式显著改善了纳米材料物理稳定性和导电性差的问题。
[0015]化学自腐蚀形成的氢氧化铜（Cu(OH)2）具有独特的纳米棒状结构和优异的导电性；电沉积形成的铈掺杂氢氧化钴（Ce
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Co(OH)2）纳米片具有大的比表面积和丰富的活性位点。本专利技术充分结合上述优势，合成的Ce
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Co(OH)2@Cu(OH)2/CF催化剂具有独特的微观结构，丰富的活性位点和优越的催化性能，在强碱性条件下具有长时间的稳定催化活性。
[0016]本专利技术中所设计的Ce
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Co(OH)2@Cu(OH)2/CF催化材料制备工艺简单，所涉及设备安全性高，廉价易得，具有高的工业生产契合度。
附图说明
[0017]图1为实施例1中获得Ce
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Co(OH)2@Cu(OH)2/CF催化剂的XRD谱图；图2为实施例1中制备的Cu(OH)2/CF催化剂的SEM照片；图3为实施例2中获得Co(OH)2@Cu(OH)2/CF催化剂的SEM照片；图4为实施例1中获得Ce
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Co(OH)2@Cu(OH)2/CF催化剂的SEM照片；图5为实施例1中获得的Ce
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Co(OH)2@Cu(OH)2/CF催化剂的EDS mapping图；图6为实施例1中获得的Ce
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Co(OH)2@Cu(OH)2/CF催化剂的EDS能谱图；图7为实施例1中获得的Ce
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Co(OH)2@Cu(OH)2/CF催化剂的XPS谱图；图8为实施例1中获得的Ce
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Co(OH)2@Cu(OH)2/CF催化剂与Cu(OH)2/CF、IrO2/CF及实例2获得的Co(OH)2@Cu(OH)2/CF催化剂的线性扫描伏安图；图9为实施例1中获得的Ce
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Co(OH)2@Cu(OH)2/CF催化剂与实施例3中获得的Cr
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Co(OH)2@Cu(OH)2/CF及实施例4中获得的La
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Co(OH)2@Cu(OH)2/CF催化剂的线性扫描伏安图；
图10为实施例1中获得的Ce
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Co(OH)2@Cu(OH)2/CF催化剂与Cu(OH)2/CF、IrO2/CF及实例2获得的Co(OH)2@Cu(OH)2/CF催化剂的EIS测试曲线；图11为实施例1中获得的Ce
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Co(OH)2@Cu(OH)2/CF催化剂在碱性(1M KOH)电解液中的恒电流稳定性测试曲线。
具体实施方式
[0018]以下结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0019]实施例1（1）先裁剪泡沫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电沉积辅助的自支撑析氧催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）对泡沫铜进行前处理，以去除泡沫铜表面氧化物和杂质，将处理后的泡沫铜放入真空干燥箱中干燥备用；（2）配置氢氧化钠与过硫酸铵的混合液；（3）将步骤（1）处理后的泡沫铜放入步骤（2）所得的溶液中，室温浸泡直至泡沫铜表面转变为蓝色，然后取出泡沫铜，用无水乙醇和去离子水冲洗三次后放入真空干燥箱中干燥得到Cu(OH)2/CF样品；（4）配置六水合硝酸钴和六水合硝酸铈的混合溶液；（5）以步骤（4）所配制的溶液为电解液，以步骤（3）所得Cu(OH)2/CF样品为工作电极、以铂片电极为对电极、Ag/AgCl电极为参比电极构筑三电极体系，利用电化学工作站进行电沉积，电沉积结束后将所得样品用无水乙醇和去离子水冲洗三次后放入真空干燥箱中干燥得到Ce
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Co(OH)2@Cu(OH)2/CF催化剂。2.根据权利要求1所述的一种电沉积辅助的自支撑析氧催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）对泡沫铜进行前处理的步骤为：采用超声波清洗机处理用盐酸、无水乙醇、去离子水依次将泡沫铜进行超声处理，以去除泡沫...

【专利技术属性】
技术研发人员：弓亚琼，周天凝，朱炼，程有为，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：