【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种cofe@nc核壳结构催化剂、制备方法以及性能预测方法，属于海水电解制氢。
技术介绍
1、充分利用水资源并通过水分解产生绿色氢气是一种无污染的技术，而绿色氢气被认为是一种可持续的能源载体，可能在未来的零碳社会中发挥重要作用。鉴于成本效益、技术成熟度和环境友好性等因素，碱性水电解仍然是绿色氢气生成最有前途的方法之一。迄今为止，水分解总是使用淡水，但由于淡水短缺日益严重，这可能会成为其广泛工业应用的瓶颈。考虑到海水资源丰富，海水电解可能为大规模、低成本的氢气生产提供理想的解决方案。
2、实际上，海水中大量氯离子的存在带来了许多挑战，如副反应和腐蚀。一方面，竞争性的氯气析出反应(cer)导致oer的法拉第效率低，另一方面，氯离子和生成的次氯酸根离子造成的严重腐蚀对阳极催化剂的耐久性产生负面影响，特别是对金属基催化剂。
3、实现直接海水电解的一种方法是开发对oer(阳极析氧反应)具有高本征活性但对cer活性较差的电极材料，例如金和金属掺杂碳基催化剂。调节海水的ph值是提高oer选择性的另一种重要策略。众所周知，在酸性介质和中性电解质中，cer和oer电位之间的差异远小于480mv，这使得在cer在热力学上不允许的电极电位下实现高电流更具挑战性。因此，碱性条件(0.5m nacl与0.1m或1.0m koh)更适合海水氧化。除了电解质ph值外，电解质组成的改性也可以明显影响oer的选择性。据报道，添加so42-可以将nife ldh纳米阵列的oer选择性提高4-5倍，并延长其稳定性，因为电极上吸附
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种cofe@nc核壳结构催化剂、制备方法以及性能预测方法，该催化剂外壳中的co/fe-n4-c活性位点优化了中间体的吸附强度，并与内核协同作用，赋予催化剂高oer活性和选择性，且外壳中丰富的超微孔表现出显著的筛分效应，阻碍了cl-的转移，从而保护内部co/fe-n4-c活性位点和内核免受cl-腐蚀。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
3、一种cofe@nc核壳结构催化剂，包括内核以及外壳，内核为cofe合金，外壳为n、co、fe元素共掺杂的碳材料，外壳中存在有co-nx-c配位结构以及fe-nx-c配位结构。
4、优选地，所述的外壳的厚度为5-50nm，且外壳具有微孔结构，微孔直径范围为0.1-0.7nm。
5、优选地，所述的催化剂中，co和fe的摩尔比为1:(0.5-2.5)。
6、任一上述的cofe@nc核壳结构催化剂的制备方法，包括如下步骤：
7、s1、将钴源、铁源、含氮碳源溶解于溶剂中，搅拌均匀后蒸干溶剂，得到前驱体；
8、s2、将前驱体焙烧，得到催化剂。
9、优选地，钴源为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、柠檬酸钴中的一种或几种的混合；铁源为硝酸铁、氧化铁、硫酸铁、柠檬酸铁中的一种或几种的混合；含氮碳源选自三聚氰胺。
10、优选地，钴源中co和铁源中fe的摩尔比为1:(0.5-2.5)；钴源、铁源、含氮碳源的加入量按照co和fe的总加入摩尔量与含氮碳源的加入量计为：(2-5)mmol:(10-50)g。
11、优选地，焙烧的条件是：氮气或惰性气氛下，3-8℃/min升温至700-950℃，保温1.5-3h。
12、任一上述的cofe@nc核壳结构催化剂在海水电解制氢中的应用。
13、优选地，cofe@nc核壳结构催化剂在电极表面的负载量为3-12mg cm-2。
14、一种核壳结构催化剂oer选择性的预测方法，包括如下步骤：
15、通过构建催化剂化学结构，再通过dft计算氯析出反应(cer)和析氧反应(oer)之间的电极电位差△u，取具有最高的电极电位差△u的催化剂，作为具有最优的oer选择性。
16、本专利技术的有益效果在于：
17、该催化剂由导电cofe内核和离子筛分金属(co、fe)及氮共掺杂催化碳壳组成，导电金属内核的电子可以穿过碳层，调节界面活性位点的电子结构，增强其oer催化活性；离子筛分金属(co、fe)及氮共掺杂催化碳壳富含约0.34nm的超微孔，对oh-具有显著的尺寸筛分效应，从而阻碍cl-向界面碳层和导电金属合金内核的质量传递，并进一步防止cl-物种通过去钝化反应加速氧腐蚀。
18、催化剂被组装在电极几何面积为254cm2的碱性海水电解器中，在1.85v下能够以3000am-2的电流密度运行330小时。且该催化剂可以大批量(百克级)合成，为工业海水电解提供了良好的机会。
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1.一种CoFe@NC核壳结构催化剂，包括内核以及外壳，其特征在于，内核为CoFe合金，外壳为N、Co、Fe元素共掺杂的碳材料，外壳中存在有Co-Nx-C配位结构以及Fe-Nx-C配位结构。
2.根据权利要求1所述的CoFe@NC核壳结构催化剂，其特征在于，所述的外壳的厚度为5-50nm，且外壳具有微孔结构，微孔直径范围为0.1-0.7nm。
3.根据权利要求1所述的CoFe@NC核壳结构催化剂，其特征在于，所述的催化剂中，Co和Fe的摩尔比为1:(0.5-2.5)。
4.权利要求1-3任一所述的CoFe@NC核壳结构催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的CoFe@NC核壳结构催化剂的制备方法，其特征在于，钴源为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、柠檬酸钴中的一种或几种的混合；
6.根据权利要求4所述的CoFe@NC核壳结构催化剂的制备方法，其特征在于，钴源中Co和铁源中Fe的摩尔比为1:(0.5-2.5)；
7.根据权利要求4所述的CoFe@NC核壳结构催化剂的制备方法，其特征在于，焙烧
8.权利要求1-3任一所述的CoFe@NC核壳结构催化剂在海水电解制氢中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，CoFe@NC核壳结构催化剂在电极表面的负载量为3-12mg cm-2。
10.一种核壳结构催化剂OER选择性的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：通过构建催化剂化学结构，再通过DFT计算氯析出反应(CER)和析氧反应(OER)之间的电极电位差
...【技术特征摘要】
1.一种cofe@nc核壳结构催化剂，包括内核以及外壳，其特征在于，内核为cofe合金，外壳为n、co、fe元素共掺杂的碳材料，外壳中存在有co-nx-c配位结构以及fe-nx-c配位结构。
2.根据权利要求1所述的cofe@nc核壳结构催化剂，其特征在于，所述的外壳的厚度为5-50nm，且外壳具有微孔结构，微孔直径范围为0.1-0.7nm。
3.根据权利要求1所述的cofe@nc核壳结构催化剂，其特征在于，所述的催化剂中，co和fe的摩尔比为1:(0.5-2.5)。
4.权利要求1-3任一所述的cofe@nc核壳结构催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的cofe@nc核壳结构催化剂的制备方法，其特征在于，钴源为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、柠檬酸钴中的一种或几...
【专利技术属性】
技术研发人员：何娟，何岳，邹修洋，陈秋霞，李梅生，赵宜江，柏槐基，
申请(专利权)人：淮阴师范学院，
类型：发明
国别省市：
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