【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的一种具有高效析氢催化性能的cosi-ag复合材料及其制备方法，具体涉及的是一种通过提拉法合成cosi单晶，使用银胶将cosi单晶粉末粘接后制成片状催化剂电极，进而实现cosi-ag复合材料在超低过电位下电解水产氢。
技术介绍
1、氢气(h2)作为一种可再生能源载体，具有无碳排放、能量密度高、燃烧产物无污染等优点。到目前为止，电解水被认为是一种有效的h2生产方法。作为电解水的一个重要的半反应(2h++2e-→h2)，电催化析氢反应(her)生产h2的关键问题是寻找高效的催化剂。具有高h2生产效率和优异稳定性的贵金属被认为是her最有效的催化剂，但其高昂的价格和稀缺性使其难以在工业生产中推广。
2、近年来，拓扑材料有望为高性能催化剂的设计提供新的方向。这是由于体相中的非平庸能带拓扑所诱导表面的高活性状态，金属拓扑表面态受到特定的晶体/时间反转对称性的保护，并且对掺杂、缺陷和外部波动具有鲁棒性，通常被认为是催化增强的主要原因。与传统催化剂材料相比，拓扑催化剂材料具有丰富的活性位点和活性表面以及优异导电性，是高性能电催化剂的有前途的候选者。然而，现存拓扑催化剂还存在以下问题：1)拓扑大块单晶催化剂的活性表面积较小。2)高性能拓扑催化剂含有贵金属元素，合成成本高。有鉴于此，需要继续探索新的非贵金属拓扑催化剂，并在该研究领域取得进一步进展。通过掺杂制备复合材料对拓扑材料的导电性能的进一步调控的策略还未被报道。
3、目前发现的不含贵金属的拓扑催化剂(如val3)仍然存在不足：过电位较大，val3在10m
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种cosi-ag复合材料析氢催化剂的制备方法及在电解水析氢催化剂中的应用，从而解决析氢催化剂原料价格昂贵、析氢性能不足和稳定性较差等问题。本专利技术采用提拉法，合成高质量大尺寸的cosi单晶，银胶有助于改变cosi合金粉末颗粒之间的内部电子态分布，通过cosi和ag的协同耦合作用提高催化活性。本专利技术制得的cosi-ag复合材料催化剂电极活性位点多、析氢性能较好、催化寿命长，且不含贵金属元素，价格低廉，该复合材料在电催化析氢领域展现出了便于大规模应用的优势。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种具有高效析氢催化性能复合材料，该材料的元素化学式为coxsi1-xagy，0.2≤x≤0.8,0.01≤y≤0.05。该式中的下标符号x和y表示限定元素在元素间的摩尔配比数。
4、所述的具有高效析氢催化性能复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
5、(1)称量原材料：按照化学式的物料配比称量纯co、纯si，所述纯co和纯si的纯度均为95％以上；
6、(2)制备cosi单晶：在管式炉中将称量好的材料熔炼成多晶前驱体。将晶体生长炉内抽至真空，所述真空度达1.0×10-2pa以上，然后充入高纯氩气；将生长好的cosi多晶放入坩埚中，然后开始升温(1200-1400℃)至多晶烧结熔化；熔化后恒温2～5h，确保完全熔化并且炉内温度达到平衡；然后将籽晶下入熔体液面以下，开始收颈，随后进入放肩过程，放肩时以3～30mm/h的速率进行提拉，籽晶杆以5～35r/min的速率旋转，当生长的单晶直径达到5～20mm后进入等径生长阶段，该阶段晶体提拉速率为5～30mm/h；当晶体长度生长到5～50mm后，快速提高提拉速度使晶体和熔体之间断开；晶体生长过程结束后降温至室温，得到cosi单晶；
7、(3)将制备的单晶捣碎成粉末；
8、(4)在研钵继续研磨单晶粉末，按照结构式中的配比中的银含量加入银胶，在研钵继续研磨，得到100目～800目的具有高效析氢催化性能复合材料粉末；
9、所述的高效析氢催化性能复合材料cosi-ag的应用，用于碱性条件下析氢反应的电催化剂。
10、具体包括如下步骤：
11、三电极系统中，采用碳棒作为对电极，汞/氧化汞作参比电极，工作电极为玻碳电极夹夹持催化剂电极，0.5～3.0m的koh溶液为电解液，在恒电压下电解15～30小时，得到氢气；所述的恒电压的电压为-65～-137mv。
12、所述的催化电极的制备方法，包括如下步骤：
13、(1)将获得的复合材料粉末装填至压片模具中，1000～1500mpa压强下10～120min得到压片；
14、(2)用银胶将压制的压片与铜丝粘接，制备出催化剂电极。
15、本专利技术的实质性特点为：
16、目前cosi单晶的制备一般采用助溶剂法和化学气相传输法，晶体生长过程难以控制，生长的单晶尺寸小，难以达到实用化的目的。
17、本专利技术采用提拉法，利用温度梯度促使晶体沿着特定方向生长，从而最终合成高质量大尺寸的cosi单晶；再通过研磨掺入ag成分，得到cosi-ag复合材料；该复合材料中，通过cosi和ag的协同耦合作用，银胶有助于改变cosi合金粉末颗粒之间的内部电子态分布，提高转移电子总量从而降低水裂解能垒，提高催化活性。
18、本专利技术的有益效果是：
19、该原材料价格低廉、简单易得，通过提拉法法制备，随后研磨加入银胶得到cosi-ag复合材料，制备步骤和条件简单，合成高质量、大尺寸的cosi单晶。
20、本专利技术所得到的复合材料在电流密度-10macm-2下的过电势仅为-65～-137mv，并且具有较小的塔菲尔斜率和良好的稳定性；掺杂的银胶可以加快电子传输，提高了材料的导电性(cosi-ag复合材料在-10macm-2下的过电势低至-65mv，甚至优于贵金属pt(-92mv))；同时，将合金铸锭粉碎后得到粉末颗粒可以增加电解水催化剂的比表面积，提供更多的电催化活性位点，而且，压片催化剂电极具有良好的机械性能，保证了活性电极在催化过程中结构的稳定性，确保了其在长时间循环过程中仍然能够保持优异的电化学性能。
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1.一种具有高效析氢催化性能复合材料，其特征为该材料的元素化学式为CoxSi1-xAgy，0.2≤x≤0.8,0.01≤y≤0.05；该式中的下标符号x和y表示限定元素在元素间的摩尔配比数。
2.如权利要求1所述的具有高效析氢催化性能复合材料的制备方法，其特征为该方法包括如下步骤：
3.如权利要求2所述的具有高效析氢催化性能复合材料的制备方法，其特征为步骤(2)中的升温熔化温度为1200-1400℃。
4.如权利要求1所述的具有高效析氢催化性能复合材料的应用，其特征为用于碱性条件下析氢反应的电催化剂。
5.如权利要求4所述的具有高效析氢催化性能复合材料的应用，其特征为具体包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种具有高效析氢催化性能复合材料，其特征为该材料的元素化学式为coxsi1-xagy，0.2≤x≤0.8,0.01≤y≤0.05；该式中的下标符号x和y表示限定元素在元素间的摩尔配比数。
2.如权利要求1所述的具有高效析氢催化性能复合材料的制备方法，其特征为该方法包括如下步骤：
3.如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：张小明，刘国栋，王莉蓉，刘影，姚裕贵，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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