A monolithic porous dual-effect non-noble metal fully electrolytic water catalyst and a synthesis method belong to the field of nanomaterials and catalysis. The catalyst is composed of a uniformly deposited bimetallic hydroxide nanostructure and a porous nickel foam of MXene, with a three-dimensional hierarchical porous structure. Methods: MXene was uniformly coated on the surface of three-dimensional porous nickel foam, and then electrodeposited bimetallic layered hydroxide nanostructures on MXene coated nickel foam. An integral porous non noble metal electrocatalyst with fine structure and composition can be obtained. The electrocatalysts obtained by the invention can effectively overcome the problems of easy stacking and agglomeration of bimetallic layered hydroxides and poor conductivity, resulting in reduced catalytic performance. The electrocatalysts exhibit excellent catalytic activity and stability for both hydrogen evolution and oxygen evolution reaction in alkaline electrolyte, and can be directly applied to all-electrolytic water system without the use of binders.
【技术实现步骤摘要】
一种整体式多孔双效非贵金属全电解水催化剂及合成方法
本专利技术属于纳米材料、能源与催化领域,涉及一种基于MXene与双金属层状氢氧化物的整体式多孔双效非贵金属全电解水催化剂及其合成方法。
技术介绍
氢能因其清洁、高效、安全、可持续性等优点被视为21世纪最具潜力的新能源之一。与传统工业制氢方式如煤气化制氢、天然气水蒸气重整制氢等相比,电解水制氢技术因其过程清洁高效、产氢纯度高、可与可再生能源发电系统耦合等独特优势,被视为最具前景的制氢技术之一。电解水过程效率的提升主要受限于其两个半反应的动力学性质,即阳极的氧析出反应(oxygenevolutionreaction,OER)和阴极的氢析出反应(hydrogenevolutionreaction,HER)。对此二反应,均需使用高效的催化剂以降低其反应过电势,提高能量转化效率。贵金属催化剂是目前已知活性最高的电解水催化剂,但高昂的成本与有限的稳定性限制了其广泛应用。此外,贵金属催化剂多为针对OER或HER的单效催化剂,在电解水系统中需要组合使用,进一步增加了电解水系统的复杂度与制造成本。目前,开发可应用于同一电解液体系的低成本、高活性、高稳定性双效非贵金属催化剂是实现电解水制氢技术规模化应用的关键瓶颈难题之一。双金属层状氢氧化物(layereddoublehydroxide,LDH)是一类具有层状结构的阴离子黏土材料,其中金属元素和层间阴离子在化学组成上高度可调控性赋予其多样的独特性质,在催化、能源存储与转换、离子交换和吸附及添加剂等领域展现了广阔的应用前景。在碱性电解液中,双金属层状氢氧化物对OER亦展现了可与 ...
【技术保护点】
1.一种整体式多孔双效非贵金属全电解水催化剂,其特征在于,所述的催化剂由表面均匀沉积双金属层状氢氧化物纳米结构与MXene的多孔泡沫镍组成,具备三维分级多孔结构;泡沫镍孔径分布在600‑800nm之间,MXene层的厚度在300‑600nm之间,其上负载的双金属层状氢氧化物含量在0.05‑0.2mg cm‑2之间,尺寸在50‑300nm之间;其中金属元素包括镍、铁、钴、锰、钒中的任意两种;此催化剂对OER与HER具有双效电催化活性,可直接应用于电解水系统,无需使用粘结剂制备电极。
【技术特征摘要】
1.一种整体式多孔双效非贵金属全电解水催化剂,其特征在于,所述的催化剂由表面均匀沉积双金属层状氢氧化物纳米结构与MXene的多孔泡沫镍组成,具备三维分级多孔结构;泡沫镍孔径分布在600-800nm之间,MXene层的厚度在300-600nm之间,其上负载的双金属层状氢氧化物含量在0.05-0.2mgcm-2之间,尺寸在50-300nm之间;其中金属元素包括镍、铁、钴、锰、钒中的任意两种;此催化剂对OER与HER具有双效电催化活性,可直接应用于电解水系统,无需使用粘结剂制备电极。2.一种整体式多孔双效非贵金属全电解水催化剂的合成方法,其特征在于如下步骤:1)将泡沫镍浸泡到MXene分散液中,在室温条件下浸泡30min后,真空干燥得到包覆MXene的泡沫镍电极,MXene层的厚度在300-600nm之间;2)采用三电极法电沉积双金属层状氢氧化物将步骤1)制备得到的包覆有MXene的泡沫镍电极直接作为工作电极,铂片为对电极,Ag/AgCl电极为参比电极,采用恒电压电沉积方法在包覆MXene的泡沫镍电极表面电沉积双金属层状氢氧化物纳米结构。3.根据权利要求2所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员:王治宇,邱介山,于梦舟,
申请(专利权)人:大连理工大学,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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